宇宙是无中生有的吗?海森堡不确定性原理和量子隧穿效应如何理解?(下)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-09-10 23:28

        那么这个不确定性原理啊有哪些实验或者说理论可以去帮我们更好的理解它呢?啊我们来举几个例子啊,第一个。就是海森堡自己提出来的一个设想啊,海森堡说呀为什么会有不确定性呢?我们可以通过一个实验叫海森保险微镜啊这种实验。来说明啊孩子们显微镜大概的意思啊是有一个显微镜,这显微镜呢要看啊要看什么呢?看底下有一个垫子。你显微镜不可能直接看见电子,电子必须发光显微镜才能看见它,对不对?所以啊我要让一束光去撞击这个电子。光照。

        完了电子之后光会发生散射,就进到了这个显微镜里。我根据这个散射的光。就能知道电子在哪儿了,而电子同时呢会被咣撞飞,对吧?就这么一个效果,孩子们我说呀,如果我们要是用波长比较。小的这个光去照射这个电子的话,波长小会有什么特点呢?波长越短,我们就可以更加精确的确定电子的位置。所以它的德尔塔X或者说位置不确定度就小。但是因为波长小,这个光的能量非常强,它转完电子之后,电子会飞的非常快。所以你就不知道这个电子原来的速度是多少,动量等于质量乘速度。

        你不知道这个电子的速度是多少,你也就不知道电子的动量是多少。所以这样一来呢,它的动量不确定度就会变大。反过来说啊,如果我们这个光我们用波长弯的比较大的去撞击它。这个时候波长特别大,所以它能量很低,不会转动电子电子的速度基本不会发生变化。所以灯的P就小,对吧?这个时候你波长很长,你没有办法探测一个小于波长的位置。这样一来呢。

        它的位置不确定度就大。所以你会发现唉,他们俩乘起来啊,不确定度是有一个最小值的啊,这个最小值呢是大于等于二分之H8的,是吧?通过这个实验呢就可以证实啊。还有呢就是有一个我们现在已经做过的实验,上面这个思想实验啊,我们已经做过的实验呢就是单缝单缝衍射单缝衍射。单方演示的意思是什么呢?就是说呀就是一个单缝啊,就有一个单缝,然后这个光呢照射到这个单缝上,本来这个光啊是平面光啊,往右边儿平着走的。照射到单缝上之后,你就会发现在单缝上右边的光线会扩展,光线会扩扩展啊,形成了一个风形成了一个风,这就是所谓的中央铭文啊。好了。那么丹凤这个演说为什么会形成中央铭文呢?波动说呀可以告诉我们原因。那现在我们就从不确定性去角度去理解,也是可以告诉我们的。

        首先我们先说,假如我们就定义上下这个方向,是X的方向。这个光过来之前和过来之后有什么区别呢?在经过单缝之前,在X方向没有任何的限制,对吧?所以它X方向的位置完全无法确定。德尔塔X趋近于无穷。这样一来,在纵方向X方向,它的动量就是完全确定的,data p就是0。也就是说所有光子都在朝右走,而没有上下运动的分量。

        对吧,所有光泽都在朝右走,上下的分量动量为零。但是一旦你经过了这个丹凤怎么样呢?你经过丹凤的时候,光子只能从这个丹凤往前走嘛,就是光子啊。这个光子只能从单缝儿往前走,那这样一来呢,你的位置不均度就只有这么宽了。所以啊德尔塔X就减小了啊,位置不确定度减小。然后怎么样?本来你看。你的动量只有水平,分量,你没有数值分量,对吧?但是数值方向你限制住了,所以位置不确定小了就会出现一个纵向的动量,不确定度。

        这样一来呢,你新的动量就可能会斜过来是吧?所以位置不确定,度小了,动量不确定度就大了。根据实验结果进行计算,它俩乘积也差不多是这个数。所以说明什么?说明不确定性原理是正确的,对吧?我们如果从数学上如何去理解它呢?啊,我们得从数学上叫做复利叶变换去理解它。负电变化我们之前已经讲过了啊,其实啊动量和位置就是互为负电变换的。假如你给我一个波函数,这个波函数横坐标是位置的话啊,我可以画出一个波来。这个表示的是它的概率分布啊,在这个位置概率最大,这两个概率最小。

        所以它的位置不确定度大概是这么大。其实严格来讲应该是标准差啊,我就把这简简化一下了。那么我们可以通过负力变换,把它变换成动量空间的波函数。这个时候我们发现啊动量空间呢它可能长这个样子,这种动量的可能性是最大的啊,它的动量不确定度呢是这么大。好,现在假如我进行观测,我发现呢哦原来这个例子啊,他不在这儿,不在这儿,他就在这个位置,那说明什么说明啊,此时它的位置波函数变成了一个很尖的这样的一个情况。表示啊你存在于中间的概率非常非常大。那这样一看它这个动位置的不确定度是不是就减小了。

        此时你经过负的变化会有啥结果呢?负的变化的特点就是如。如果原函数特别窄,它最后变换完了,这个函数就会变得非常的宽,就变这样。所以你再看此时它的位置不去路小了都是。重量不迅速就大了,哎,它就非常符合负列变换啊,所以我们可以理解啊,就是因为数学的观念、动量和位置这两个东西它也不可能同时确定这种不同时确定,并不是因为我们的测量仪器造成的。说我们换一个更加精确的测量仪器,行不行?不行,这是世界的内禀属性啊,这种属性我们是没有办法通过提高测量仪器的精度来克服的。那么我们讲了这个不确定性,它在我们的世界上到底有什么作用呢?我们。我们来谈一谈它的重要意义啊,不确定性的意义是非常非常重要的。首先我们要知道不确定度不仅仅发生在动量和位置之间,它也发生在角动量和角度之间。它也发生在时间和能量之间。我们比如说啊先咱们说一下时间和能量。

        如果我们想确定一个物体的能量,那么你时间和能量都会有不确定度。啊,他们两个的乘积也是一样的。大于等于H8除以2派啊,大于等于这个结果。你如果想精确确定时间,就没有办法精确确定能量,反之亦然。啊,这个东西就可以造成很多世界上有趣的结果。啊,比如说。有一个理论呢,我们称之为量子隧穿量子隧穿量子隧穿啊,这是个非常重要的效应啊,量子隧穿什么意思呢?说有一座山。有一个小球,这个小球有一定的速度,但它能量不够,能量不够。按照经典世界,它绝对不可能翻过这座山,它会走到一半就回去,对吧?但是量子世界不一样,量子世界说什么呢?说你现在是不是差点能量,但是E啊。啊,没有关系,你看德尔塔E德尔塔T的乘积大于等于H8除以二派。

        也就是说假如这个山非常非常的薄,你经过这座山,其实不需要花多少时间,对吧?所以德尔的T减小了。在一个很短的时间内,你能量的不确定度就会增加。所以你跟我说能量是E那不一定,因为你有个不确定度,所以能量很有可能不是E而是比E大。你时间越短,这个不确定速度就越大,你就有一定的概率会过去,对吧?所以就算你能量不够没有关系,只要你删足够饱,你还是有一定的概率会过去的。太阳发光的这个核聚变反应就需要使用到量子隧穿效应。因为呢太阳发光的那个温度啊其实是不够高的,没有办法克服这个。啊,盒子之间的那个库仑力啊,然后呢让它发生巨变,那为什么还是发生巨变了?因为有量子隧穿有不确定度啊,还有另外一件事儿很有意思啊,叫做真空掌握。什么叫真空掌握呢?我们知道啊真空是没有能量的,是吧?什么都没有,他怎么有能量呢?真空掌握。但是你根据量子力学的观点,就算你是真空,在很短的时间内,你能量依然是不确定的。所以。

        真空的能量是可以无中生有的,对不对?可以突然之间从什么都没有,变成什么都有。当然时间很短很短之后呢,这个能量又比较恢复,又会消失啊。根据这种说法。在1980年的时候1980年的时候,那个美国有一个物理学家叫古斯。这个古斯啊就提出了一种理论,说我们的宇宙是从哪来的啊,啊,他说宇宙啊其实就是一个免费的午餐。本来这个世界上什么都没有,就是一个真空状态,结果突然之间那就因为真空掌握这个原因,突然之间在很短的时间之内爆发出很大的能量来啊,能量不守恒没有关系,对吧?因为你是满足不确定性的好。在很短的时间内爆发出很大的能量,然后这个能量就把宇宙弄炸了。炸了之后呢,有正能量的物质和负能量的物质,他们就分开了。那我们生活在一个正能量的宇宙之中,但是还有负能量宇宙。正负能量之和还是0,就跟最开始的真空状态是完全一样。

        所以宇宙实际上就是因为不确定性造成的,无中生有出来的,是吧?所以你看这个不确定性对我们是不是非常重要。另外多说两句,海森堡这个人其实挺有意思的。海森堡呢其实是帮着希特勒做原子弹的一个人,但是呢一直到希特勒倒台,这个海森堡的原子弹也没有搞出来。后来人们把它抓起来了,抓起来之后就审问他,说你有没有帮希特勒做原子弹呢?他说其实我早就搞出来了,只不过我为了防止希特勒破坏世界,所以我就不告诉他是吧,啊,不过大部分人认为海森堡好像是算错数了,所以才没有把原子弹搞出来啊。大家如果喜欢我的视频,可以在优酷的账号给你订阅过。

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