雖然對於學習物理與數學,似乎有著先天的障礙,
但仍對於艱澀的理論感到興趣十足,
當一位朋友說起"測不準定理",直覺的引發我高度的興趣!
(以下摘自網路上的說明)
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1.測不準定理(Heinsberg s Uncertainty Principle)
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起初,科學家相信這個宇宙有一套定理,
只要我們知得夠清楚,就可以預言這個宇宙,
例如引力定律就可令我們知道地球在太空中任何一刻之位置.
後來,海森堡發現要知道粒子現在之位置,
必須利用光射上這個粒子令它繞射而指出其位置,
當然光的波長越短測得之位置越準(就好像以兩個波峰夾粒子度其位置,短波當然度得比較準確),
然而波長越短,越容易擾動粒子(就像用衣夾拑波子),
並以一種不可測的方式改變粒子之速度.
換言之,對粒子之位置測得越準,速度擾動得越厲害,反之亦然,
粒子位置的不確定性(p)x粒子質量x速度的不確定性(q)不可小於普朗克常數.
由於我們連粒子現在之位置也不知,那更不用說預言它未來之位置.
要注意的是,不是我們之儀器不夠精密灼測出粒子同一時刻之位置及速度,
而是粒子在任何一刻都沒有準確之速度及位置!
誇大一點說,如果電子確切知道自己之去向,就不知自己身在何方,反之亦然.
測不準定理帶給物理學很大之衝擊,因為宇宙的宿命論被拉倒了.
例如人們相信之絕對真空或絕對零度就不再存在,
因為粒子之位置及運動速度不可是零(確實知道)嘛,
粒子無論如何低溫也具有一定能量起伏,
永遠不會去到絕對零度,叫做零點脹落(Zero Point Fluctuation).
而同時測不到兩樣東西的值,這叫做補足性(complementarity),
如動量+位置,時間+能量等等.
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2.科學界2大巨人的論戰
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1927年秋天,在布魯塞爾舉行的第五屆 Solvay Congress，
包括 Bohr, Einstein, Max Born,等世界最著名的科學家都出席了這項盛會．
Bohr 在會議中重述了他在科摩會議上的觀點.
這是Einstein首次聽到 Bohr 親自闡述互補原理和對量子力學的詮釋.
Einstein 一直對量子力學的機率解釋感到不滿,他曾在寫給 Born 的信中提到:
"量子力學雖然令人讚嘆,但在我的心中有個聲音告訴我,它還不是那真實的東西...
我無論如何不相信上帝會在擲骰子!"
因此人們急切地想知道 Einstein對 Bohr 觀點的反應,
上世紀最偉大的兩位科學巨人之間的大戰就此揭開序幕!
Einstein 堅信,
有一個離開知覺主體而獨立存在的客觀世界,是一切自然科學的基礎.
為 Einstein 立傳的作家 A.Pais 回憶道:
"有一次和 Einstein 同行,他突然停下來,轉身問我
是否真的相信,月亮只有在我去看它的時候才存在?"
Einstein 企圖用一些理想實驗(因篇幅大故略)來反駁測不準原理.
Einstein 往往在吃早飯的時候告訴Bohr 他所想出來反駁測不準原理的理想實驗.
Bohr 立即著手分析,總是在吃晚飯前,Bohr 告訴 Einstein,他的實驗是駁不倒測不準原理的.
如此接連數日,甚至使一些原本懷疑 Copenhagen 解釋的科學家,都轉而支持 Bohr 的立場了.
然後會議落幕了,雖然 Bohr 成功的捍衛了測不準原理和互補性詮釋的無矛盾性,
但 Einstein 並未服輸,他堅持:"上帝並不擲骰子!"
三年後,第六屆的 Solvay Congress 開幕了.
各國科學家都熱烈地期待著Einstein 和 Bohr 之間新的論戰.
這次 Einstein 經過了三年的深思熟慮,顯得胸有成竹.
他在黑板上畫了一個盒子,盒上有一個小孔H, H可由快門S來啟閉.
快門則由盒中的時鐘機械置來控制，小盒的重量是可以測量的.
盒中裝有一些輻射物質,我們可以調節快門使得剛好放出一個粒子之後就關閉.
透過時鐘,可以精確的量出粒子放出的時間.
另外,測量粒子放出後盒子的重量,我們也可以知道粒子的質量.
經由 E=mc2 的關係式,能量也可以準確地計算出來.
於是違反了 △E△t≧h/2π的測不準關係.
這就是著名的 Einstein 光盒(Einstein s box)實驗.
由於實驗根本不涉及觀測儀器的問題,根本沒有外來粒子會改變粒子的運動.
所以測不準關係破滅了,因果律和準確性都恢復了,一場新的論戰劇性的展開了.
這會兒 Bohr 遇到了嚴重的挑戰,無法馬上找到問題的答案.
他喃喃地說,如果 Einstein是對的,那物理學就完了.
他和他的同事一夜未眠,檢查實驗的每一個細節,想要找出 Einstein 到底錯在那裡.
經過通宵的奮戰之後,Bohr 終於找出了反駁 Einstein 的辦法.
最後Bohr用紅位移公式導出了測不準關係,
這下子 Einstein 不得不承認 Bohr 的推論是無懈可擊的!
他自己在設計這個理想實驗的時候,居然沒有考慮到廣義相對論的效應,實為一大疏忽!
Bohr 用 Einstein 的相對論駁倒了他本人,取得了第二回合的勝利.
Bohr 的勝利獲得了大多數物理學家的贊同,Copenhagen 解釋也被奉為是量子力學的正統解釋．
這樣的論戰,還是讓不懂相對論及量子力學的我不得不讚嘆,
"真是過癮呀!"
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