德(de)國物(wu)理學(xue)(xue)家海森(sen)堡1927年提出的(de)(de)不確(que)(que)(que)定(ding)性原理是量子(zi)(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)(de)產物(wu)。這(zhe)項(xiang)原則陳述了精確(que)(que)(que)確(que)(que)(que)定(ding)一個(ge)(ge)粒子(zi)(zi)(zi),例如原子(zi)(zi)(zi)周(zhou)圍的(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)位(wei)置和動量是有限制。這(zhe)個(ge)(ge)不確(que)(que)(que)定(ding)性來自(zi)兩(liang)個(ge)(ge)因(yin)(yin)素,首先測量某東西的(de)(de)行(xing)為(wei)將(jiang)會不可避免地擾亂那個(ge)(ge)事物(wu),從而(er)改(gai)變(bian)它的(de)(de)狀(zhuang)態(tai);其次(ci),因(yin)(yin)為(wei)量子(zi)(zi)(zi)世界不是具體的(de)(de),但基于概率(lv),精確(que)(que)(que)確(que)(que)(que)定(ding)一個(ge)(ge)粒子(zi)(zi)(zi)狀(zhuang)態(tai)存在更(geng)深刻(ke)更(geng)根(gen)本的(de)(de)限制。
海森(sen)堡測不(bu)準原理是通過一(yi)些實(shi)驗來論證的(de)(de)(de)。設想用一(yi)個γ射(she)線(xian)顯微鏡來觀察一(yi)個電子(zi)的(de)(de)(de)坐標(biao),因為γ射(she)線(xian)顯微鏡的(de)(de)(de)分辨(bian)本領受到(dao)波(bo)長λ的(de)(de)(de)限制,所(suo)用光的(de)(de)(de)波(bo)長λ越(yue)(yue)短(duan)(duan),顯微鏡的(de)(de)(de)分辨(bian)率越(yue)(yue)高,從而測定電子(zi)坐標(biao)不(bu)確(que)定的(de)(de)(de)程度就(jiu)越(yue)(yue)小,所(suo)以。但另一(yi)方(fang)面(mian),光照射(she)到(dao)電子(zi),可以看(kan)成(cheng)是光量(liang)子(zi)和(he)電子(zi)的(de)(de)(de)碰撞,波(bo)長λ越(yue)(yue)短(duan)(duan),光量(liang)子(zi)的(de)(de)(de)動量(liang)就(jiu)越(yue)(yue)大,所(suo)以有。
再(zai)比(bi)如,用將光(guang)照到一個粒(li)子(zi)上的方式來測量(liang)一個粒(li)子(zi)的位置(zhi)(zhi)和速度(du),一部分(fen)光(guang)波被此(ci)粒(li)子(zi)散(san)射開來,由此(ci)指明其位置(zhi)(zhi)。但人們(men)不(bu)可能將粒(li)子(zi)的位置(zhi)(zhi)確定到比(bi)光(guang)的兩個波峰(feng)之間(jian)的距(ju)離更小(xiao)的程度(du),所(suo)以為了精(jing)確測定粒(li)子(zi)的位置(zhi)(zhi),必須用短波長的光(guang)。
但普朗克(ke)的(de)量子(zi)假設,人們(men)不能用任意小量的(de)光(guang):人們(men)至少要用一(yi)個光(guang)量子(zi)。這量子(zi)會擾動粒(li)子(zi),并以一(yi)種不能預(yu)見的(de)方式(shi)改變粒(li)子(zi)的(de)速度。
所以,簡單來說,就是如果要想測(ce)(ce)(ce)定一個(ge)量(liang)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)精(jing)確(que)位置的(de)(de)(de)話(hua),那么就需要用(yong)波長(chang)盡量(liang)短(duan)的(de)(de)(de)波,這(zhe)樣的(de)(de)(de)話(hua),對這(zhe)個(ge)量(liang)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)擾動也(ye)會(hui)越大,對它的(de)(de)(de)速(su)(su)度(du)測(ce)(ce)(ce)量(liang)也(ye)會(hui)越不(bu)精(jing)確(que);如果想要精(jing)確(que)測(ce)(ce)(ce)量(liang)一個(ge)量(liang)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)速(su)(su)度(du),那就要用(yong)波長(chang)較(jiao)長(chang)的(de)(de)(de)波,那就不(bu)能精(jing)確(que)測(ce)(ce)(ce)定它的(de)(de)(de)位置。
于是,經過一番(fan)推理計算(suan),海(hai)(hai)森(sen)堡得(de)出(chu):△q△p≥?/2(?=h/2π)。海(hai)(hai)森(sen)堡寫道:“在位(wei)置(zhi)被測定(ding)的一瞬(shun),即當光(guang)子正被電子偏轉時,電子的動量發生一個(ge)不(bu)連續的變化,因此(ci),在確知(zhi)電子位(wei)置(zhi)的瞬(shun)間,關于它的動量我們(men)就(jiu)只能知(zhi)道相應于其(qi)不(bu)連續變化的大(da)小(xiao)的程(cheng)度。于是,位(wei)置(zhi)測定(ding)得(de)越準(zhun)確,動量的測定(ding)就(jiu)越不(bu)準(zhun)確,反之亦然(ran)。”
海森堡(bao)還(huan)通過對(dui)確定(ding)原子(zi)磁矩的(de)斯(si)特恩-蓋(gai)拉赫實驗(yan)的(de)分析(xi)證明,原子(zi)穿過偏轉所費(fei)的(de)時間△T越長,能(neng)量測量中的(de)不確定(ding)性△E就越小。再加上德(de)布(bu)羅(luo)意關系λ=h/p,海森堡(bao)得(de)到(dao)△E△T≥h/4π,并(bing)且作出(chu)結(jie)論:“能(neng)量的(de)準確測定(ding)如(ru)何,只(zhi)有靠相應的(de)對(dui)時間的(de)測不準量才能(neng)得(de)到(dao)。”
在量(liang)子力學里(li),不(bu)(bu)確(que)定(ding)性原理(Uncertainty principle)表明,粒子的(de)位置(zhi)與(yu)動量(liang)不(bu)(bu)可同(tong)時被確(que)定(ding),位置(zhi)的(de)不(bu)(bu)確(que)定(ding)性與(yu)動量(liang)的(de)不(bu)(bu)確(que)定(ding)性遵(zun)守(shou)不(bu)(bu)等式
其中,h是普朗克常數。
維爾納(na)·海森堡于1927年發表(biao)論(lun)文給(gei)出(chu)(chu)這(zhe)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)的(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)本啟發式(shi)(shi)論(lun)述(shu)(shu),因此這(zhe)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)又稱為“海森堡不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)(xing)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li)”。根據海森堡的(de)(de)表(biao)述(shu)(shu),測量(liang)這(zhe)動作不(bu)(bu)可避免(mian)的(de)(de)攪擾了被測量(liang)粒(li)子的(de)(de)運動狀態,因此產生不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)(xing)。同年稍后(hou),厄(e)爾·肯納(na)德(de)(Earl Kennard)給(gei)出(chu)(chu)另一(yi)種表(biao)述(shu)(shu)。隔年,赫(he)爾曼·外爾也獨立獲(huo)得(de)這(zhe)結果。按(an)照肯納(na)德(de)的(de)(de)表(biao)述(shu)(shu),位置的(de)(de)不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)(xing)與動量(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)(xing)是粒(li)子的(de)(de)秉性(xing)(xing),無法同時壓(ya)抑(yi)至低于某極限關系(xi)式(shi)(shi),與測量(liang)的(de)(de)動作無關。這(zhe)樣(yang),對于不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)(xing)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理(li)(li),有(you)兩種完(wan)全不(bu)(bu)同的(de)(de)表(biao)述(shu)(shu)。追根究(jiu)柢,這(zhe)兩種表(biao)述(shu)(shu)等價,可以(yi)從其中(zhong)任意一(yi)種表(biao)述(shu)(shu)推導出(chu)(chu)另一(yi)種表(biao)述(shu)(shu)。
長(chang)久以(yi)來(lai),不確定(ding)性(xing)原理(li)與(yu)另一種類(lei)似的(de)物理(li)效(xiao)應(ying)(稱為觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)者效(xiao)應(ying))時常會(hui)被混淆在一起。觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)者效(xiao)應(ying)指出,對于系(xi)統的(de)測(ce)量不可避免地會(hui)影響到這系(xi)統。為了解釋量子(zi)不確定(ding)性(xing),海森(sen)堡的(de)表(biao)述所(suo)(suo)援用的(de)是(shi)(shi)量子(zi)層級的(de)觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)者效(xiao)應(ying)。之后,物理(li)學者漸漸發覺,肯納德的(de)表(biao)述所(suo)(suo)涉(she)及的(de)不確定(ding)性(xing)原理(li)是(shi)(shi)所(suo)(suo)有類(lei)波系(xi)統的(de)內(nei)秉性(xing)質(zhi),它之所(suo)(suo)以(yi)會(hui)出現于量子(zi)力(li)學完(wan)全是(shi)(shi)因為量子(zi)物體(ti)的(de)波粒二象性(xing),它實際(ji)表(biao)現出量子(zi)系(xi)統的(de)基礎性(xing)質(zhi),而不是(shi)(shi)對于當今科技實驗觀(guan)(guan)(guan)測(ce)能力(li)的(de)定(ding)量評估。在這里特別(bie)強調,測(ce)量不是(shi)(shi)只(zhi)有實驗觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)者參(can)與(yu)的(de)過(guo)程(cheng),而是(shi)(shi)經典物體(ti)與(yu)量子(zi)物體(ti)之間的(de)相互作用,不論是(shi)(shi)否有任(ren)何觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)者參(can)與(yu)這過(guo)程(cheng)。
類(lei)(lei)似(si)的不(bu)確定(ding)性關系(xi)式也存在于(yu)能(neng)量(liang)和時間、角(jiao)動量(liang)和角(jiao)度等物理量(liang)之間。由于(yu)不(bu)確定(ding)性原理是量(liang)子力學的重要結果,很多一(yi)般實驗都時常會(hui)涉及到關于(yu)它的一(yi)些(xie)問題。有些(xie)實驗會(hui)特(te)別檢驗這原理或(huo)類(lei)(lei)似(si)的原理。例如,檢驗發生于(yu)超導系(xi)統或(huo)量(liang)子光學系(xi)統的“數字(zi)-相位(wei)不(bu)確定(ding)性原理”。對(dui)于(yu)不(bu)確定(ding)性原理的相關研究可(ke)以用來發展引(yin)力波干涉儀所需要的低(di)噪聲科技。
該原理表明:一(yi)個微(wei)觀粒子(zi)的(de)某些物理量(liang)(liang)(如位置和(he)動(dong)量(liang)(liang),或方位角與(yu)動(dong)量(liang)(liang)矩,還有時間和(he)能量(liang)(liang)等),不可能同時具有確(que)定(ding)的(de)數值(zhi),其中一(yi)個量(liang)(liang)越(yue)確(que)定(ding),另(ling)一(yi)個量(liang)(liang)的(de)不確(que)定(ding)程度就(jiu)越(yue)大。測量(liang)(liang)一(yi)對共(gong)軛量(liang)(liang)的(de)誤差(cha)(標準差(cha))的(de)乘積必然大于常(chang)數h/4π(h是普朗克(ke)常(chang)數)是海森堡在1927年首先提出的(de),它反(fan)映了微(wei)觀粒子(zi)運(yun)動(dong)的(de)基本規律——以共(gong)軛量(liang)(liang)為自變量(liang)(liang)的(de)概率幅函(han)數(波函(han)數)構(gou)成傅立葉變換對;以及(ji)量(liang)(liang)子(zi)力學(xue)的(de)基本關系,是物理學(xue)中又一(yi)條重(zhong)要原理。
緊跟在漢斯·克拉默斯(Hans Kramers)的(de)(de)(de)開拓工作之(zhi)后(hou),1925年6月,維爾納(na)·海(hai)森堡發表論(lun)文《運動(dong)與機械關(guan)系的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)(zi)理論(lun)重新詮釋(shi)》(Quantum-Theoretical Re-interpretation of Kinematic and Mechanical Relations),創立了矩陣力學。舊(jiu)量(liang)子(zi)(zi)(zi)論(lun)漸(jian)(jian)漸(jian)(jian)式微(wei),現代量(liang)子(zi)(zi)(zi)力學正式開啟。矩陣力學大膽地假設,關(guan)于(yu)(yu)(yu)運動(dong)的(de)(de)(de)經典概念(nian)不適(shi)用于(yu)(yu)(yu)量(liang)子(zi)(zi)(zi)層(ceng)級(ji)。在原子(zi)(zi)(zi)里(li)(li)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)并不是(shi)運動(dong)于(yu)(yu)(yu)明確的(de)(de)(de)軌道,而(er)是(shi)模(mo)糊不清,無(wu)法觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)軌域(yu);其對于(yu)(yu)(yu)時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)傅里(li)(li)葉變換只涉(she)及(ji)從(cong)量(liang)子(zi)(zi)(zi)躍遷中觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)離散頻(pin)率。
海森堡在論文里提出(chu)(chu),只有(you)在實驗里能夠(gou)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)物理量才具有(you)物理意義,才可以用理論描述其物理行為,其它都(dou)是(shi)無(wu)稽之談。因此(ci),他避(bi)開(kai)任何涉(she)及粒子(zi)(zi)(zi)運(yun)(yun)動軌道的(de)(de)詳細計算(suan),例如,粒子(zi)(zi)(zi)隨著時間(jian)而改變(bian)的(de)(de)確(que)切運(yun)(yun)動位(wei)置。因為,這運(yun)(yun)動軌道是(shi)無(wu)法(fa)直接觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)。替代(dai)地,他專(zhuan)注于(yu)研究電子(zi)(zi)(zi)躍(yue)遷時,所發射的(de)(de)光(guang)(guang)的(de)(de)離散頻率和強(qiang)度(du)。他計算(suan)出(chu)(chu)代(dai)表(biao)位(wei)置與動量的(de)(de)無(wu)限矩(ju)陣。這些矩(ju)陣能夠(gou)正確(que)地預測電子(zi)(zi)(zi)躍(yue)遷所發射出(chu)(chu)光(guang)(guang)波的(de)(de)強(qiang)度(du)。
同年6月(yue),海森(sen)堡的(de)上司馬克斯·玻(bo)恩,在閱(yue)讀了海森(sen)堡交給(gei)他(ta)發表的(de)論文后(hou),發覺了位置與(yu)動(dong)量無限矩陣有一個很顯(xian)著的(de)關系──它們(men)不(bu)互相對易。這關系稱為(wei)(wei)正則對易關系,以方(fang)程(cheng)表示為(wei)(wei):
在(zai)那時,物理學(xue)者還(huan)沒(mei)能清楚地了(le)解(jie)這重(zhong)要的結果,他們(men)無法給予合理的詮釋(shi)。
小澤不等式(shi)及其驗證
隨著科技進步,20世紀(ji)80年代(dai)以來,有聲音開始指出(chu)該定律(lv)并不(bu)(bu)是萬能的(de)。日本名古(gu)屋大(da)學教授(shou)小澤正直(zhi)在2003年提出(chu)“小澤不(bu)(bu)等式”,認為“測(ce)不(bu)(bu)準原理(li)”可(ke)能有其缺陷所(suo)(suo)在。為此,其科研(yan)團隊對與構成原子的(de)中子“自轉(zhuan)”傾向(xiang)相(xiang)關(guan)的(de)兩個值進行了精密測(ce)量,并成功測(ce)出(chu)超過(guo)所(suo)(suo)謂“極限(xian)”的(de)兩個值的(de)精度(du),使得小澤不(bu)(bu)等式獲得成立,同時也證明了與“測(ce)不(bu)(bu)準原理(li)”之(zhi)間存在矛盾。
日(ri)本名(ming)古(gu)屋大學(xue)(xue)教授小澤正直和奧地利(li)維(wei)也納工(gong)科(ke)大學(xue)(xue)副教授長谷川祐司的(de)科(ke)研團隊(dui)通過(guo)實驗發(fa)(fa)現,大約在(zai)80年前提出的(de)用來解釋微(wei)觀世(shi)界中量子(zi)(zi)力學(xue)(xue)的(de)基(ji)本定律“測不準原(yuan)理(li)”有(you)其缺陷(xian)所在(zai)。該發(fa)(fa)現在(zai)全(quan)世(shi)界尚屬首(shou)次。這(zhe)個發(fa)(fa)現成果被稱作是應(ying)面向高速(su)密碼通信技術應(ying)用和教科(ke)書改換的(de)形(xing)勢(shi)所迫,于2012年1月15日(ri)在(zai)英國科(ke)學(xue)(xue)雜(za)志《自(zi)然物理(li)學(xue)(xue)》(電(dian)子(zi)(zi)版)上發(fa)(fa)表。
多倫多大學(xue)(the University of Toronto)量(liang)(liang)子(zi)光學(xue)研(yan)究(jiu)小(xiao)組的李·羅澤馬(Lee Rozema)設(she)計了(le)一(yi)種測量(liang)(liang)物(wu)(wu)理性質的儀器,其研(yan)究(jiu)成果發表在2012年9月7日當周的《物(wu)(wu)理評論通訊》(Physical Review Letters)周刊上。
為了(le)達(da)到這個(ge)(ge)目標,需(xu)要在(zai)光(guang)子進入(ru)儀器前(qian)進行(xing)測量(liang),但是這個(ge)(ge)過(guo)程也會造(zao)成干擾(rao)。為了(le)解決這個(ge)(ge)問題,羅(luo)澤(ze)馬及其(qi)同事使(shi)用一種弱(ruo)測量(liang)技術(weak measurement),讓所(suo)測對(dui)象受到的(de)干擾(rao)微乎(hu)其(qi)微,每(mei)個(ge)(ge)光(guang)子進入(ru)儀器前(qian),研究(jiu)人員對(dui)其(qi)弱(ruo)測量(liang),然后(hou)再用儀器測量(liang),之后(hou)對(dui)比兩個(ge)(ge)結(jie)果(guo)。發現造(zao)成的(de)干擾(rao)不像海森(sen)貝格原理中推斷的(de)那么大(da)。
這一(yi)發現是對海森貝格(ge)理論的(de)(de)挑戰(zhan)。2010年,澳大利亞格(ge)里(li)菲斯(si)大學(Griffith University)科(ke)學家倫(lun)德(A.P. Lund)和(he)懷(huai)斯(si)曼(Howard Wiseman)發現弱測(ce)量可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)于測(ce)量量子(zi)體系,然而還需要一(yi)個微型量子(zi)計(ji)算機,但這種計(ji)算機很難生產出(chu)來。羅澤馬的(de)(de)實驗包括應(ying)用(yong)弱測(ce)量和(he)通(tong)過“簇態(tai)量子(zi)計(ji)算”技術簡化量子(zi)計(ji)算過程,把這兩者結合,找到了在(zai)實驗室測(ce)試(shi)倫(lun)德和(he)懷(huai)斯(si)曼觀點的(de)(de)方(fang)法。
海森堡與玻爾共(gong)同討論問題
1926年,海(hai)森(sen)堡任聘為(wei)哥(ge)本哈根大學尼爾(er)斯(si)·玻(bo)爾(er)研究所的(de)(de)(de)講師,幫尼爾(er)斯(si)·玻(bo)爾(er)做(zuo)研究。在那里,海(hai)森(sen)堡表述(shu)出(chu)不(bu)(bu)(bu)確定性(xing)原(yuan)理(li),從而為(wei)后來知名(ming)為(wei)哥(ge)本哈根詮釋奠定了的(de)(de)(de)堅固的(de)(de)(de)基礎(chu)。海(hai)森(sen)堡證(zheng)明(ming),對易關系可以(yi)推導(dao)出(chu)不(bu)(bu)(bu)確定性(xing),或者,使用(yong)玻(bo)爾(er)的(de)(de)(de)術語,互補(bu)性(xing):不(bu)(bu)(bu)能同時(shi)觀測任意兩個(ge)不(bu)(bu)(bu)對易的(de)(de)(de)變量;更準確地知道其(qi)中一個(ge)變量,則(ze)必定更不(bu)(bu)(bu)準確地知道另外一個(ge)變量。
在他(ta)著名(ming)的1927年論文里(li),海森堡寫出以下公式
這(zhe)公式給(gei)出(chu)了(le)任何位置測(ce)量所造成(cheng)的最小(xiao)無法避(bi)免的動(dong)量不確定值。雖然(ran)他(ta)提到,這(zhe)公式可(ke)以從(cong)對易(yi)關系(xi)導引(yin)出(chu)來,他(ta)并沒有寫出(chu)相關數學理論(lun),也(ye)沒有給(gei)予和確切的定義。他(ta)只給(gei)出(chu)了(le)幾個案例(高(gao)斯波包)的合理估算。在海(hai)森堡(bao)的芝(zhi)加(jia)哥講義里,他(ta)又進一(yi)步改善了(le)這(zhe)關系(xi)式:
1927年厄爾·肯納德(de)(Earl Kennard)首先證明了現代不等(deng)式:
其(qi)中(zhong),是位置標準差,是動量標準差,是約化普朗(lang)克常數。
1929年,霍華德·羅(luo)伯森(Howard Robertson)給出(chu)怎樣從對(dui)易(yi)關系(xi)求出(chu)不確定關系(xi)式。
有(you)很(hen)久一段(duan)時(shi)間,不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)理(li)(li)被稱為(wei)(wei)“測(ce)不(bu)(bu)(bu)準原(yuan)(yuan)理(li)(li)”,但實際(ji)而言(yan),對(dui)于(yu)類(lei)波系(xi)統內秉的性(xing)(xing)(xing)質(zhi),不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)理(li)(li)與測(ce)量準確(que)(que)不(bu)(bu)(bu)準確(que)(que)并(bing)沒(mei)有(you)直(zhi)接(jie)關系(xi)(請查(cha)閱本條(tiao)目(mu)稍前關于(yu)觀察者(zhe)效應的內容(rong)),因此,該譯名(ming)并(bing)未正確(que)(que)表達出這(zhe)原(yuan)(yuan)理(li)(li)的內涵。另外,英語(yu)稱此原(yuan)(yuan)理(li)(li)為(wei)(wei)“Uncertainty Principle”,直(zhi)譯為(wei)(wei)“不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)理(li)(li)”,并(bing)沒(mei)有(you)“測(ce)不(bu)(bu)(bu)準原(yuan)(yuan)理(li)(li)”這(zhe)種(zhong)說法(fa),其他語(yu)言(yan)與英語(yu)的情況類(lei)似,除中(zhong)(zhong)文外,并(bing)無(wu)“測(ce)不(bu)(bu)(bu)準原(yuan)(yuan)理(li)(li)”一詞。現今(jin),在中(zhong)(zhong)國大陸(lu)的教科書中(zhong)(zhong),該原(yuan)(yuan)理(li)(li)的正式(shi)譯名(ming)也已(yi)改為(wei)(wei)“不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定性(xing)(xing)(xing)關系(xi)”(Uncertainty Relation)。
海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)在(zai)創立矩(ju)陣力學(xue)時(shi)(shi),對(dui)形(xing)象(xiang)化的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)象(xiang)采取否定(ding)(ding)態度(du)。但(dan)他在(zai)表述中仍然需要(yao)使用(yong)(yong)“坐標”、“速度(du)”之類的(de)(de)(de)詞匯(hui),當然這(zhe)些(xie)詞匯(hui)已經不(bu)再等同(tong)于經典(dian)理(li)(li)論(lun)(lun)中的(de)(de)(de)那些(xie)詞匯(hui)。可是(shi)(shi),究竟應該怎樣理(li)(li)解(jie)這(zhe)些(xie)詞匯(hui)新的(de)(de)(de)物(wu)(wu)理(li)(li)意義呢(ni)?海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)抓住云室實驗(yan)中觀(guan)(guan)(guan)察電(dian)(dian)子(zi)徑(jing)(jing)跡(ji)的(de)(de)(de)問題(ti)進行思考。他試圖(tu)(tu)用(yong)(yong)矩(ju)陣力學(xue)為(wei)電(dian)(dian)子(zi)徑(jing)(jing)跡(ji)作出數學(xue)表述,可是(shi)(shi)沒有(you)(you)成功(gong)。這(zhe)使海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)陷入(ru)困境。他反復(fu)考慮(lv)(lv),意識(shi)到關(guan)鍵在(zai)于電(dian)(dian)子(zi)軌道的(de)(de)(de)提(ti)法本身有(you)(you)問題(ti)。人(ren)們看到的(de)(de)(de)徑(jing)(jing)跡(ji)并不(bu)是(shi)(shi)電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)真(zhen)正軌道,而是(shi)(shi)水(shui)滴串(chuan)形(xing)成的(de)(de)(de)霧跡(ji),水(shui)滴遠比電(dian)(dian)子(zi)大,所以(yi)人(ren)們也許(xu)只(zhi)(zhi)能(neng)觀(guan)(guan)(guan)察到一(yi)(yi)系(xi)列(lie)電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)不(bu)確定(ding)(ding)的(de)(de)(de)位(wei)置,而不(bu)是(shi)(shi)電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)(de)準確軌道。因(yin)(yin)此(ci),在(zai)量(liang)子(zi)力學(xue)中,一(yi)(yi)個電(dian)(dian)子(zi)只(zhi)(zhi)能(neng)以(yi)一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)不(bu)確定(ding)(ding)性(xing)處于某(mou)一(yi)(yi)位(wei)置,同(tong)時(shi)(shi)也只(zhi)(zhi)能(neng)以(yi)一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)不(bu)確定(ding)(ding)性(xing)具有(you)(you)某(mou)一(yi)(yi)速度(du)。可以(yi)把這(zhe)些(xie)不(bu)確定(ding)(ding)性(xing)限制在(zai)最小的(de)(de)(de)范圍內,但(dan)不(bu)能(neng)等于零。這(zhe)就是(shi)(shi)海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)對(dui)不(bu)確定(ding)(ding)性(xing)最初的(de)(de)(de)思考。據海森(sen)(sen)伯晚年回(hui)憶(yi),愛因(yin)(yin)斯坦(tan)1926年的(de)(de)(de)一(yi)(yi)次談話啟(qi)發(fa)了他。愛因(yin)(yin)斯坦(tan)和(he)海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)討論(lun)(lun)可不(bu)可以(yi)考慮(lv)(lv)電(dian)(dian)子(zi)軌道時(shi)(shi),曾質問過(guo)海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao):“難(nan)道說你是(shi)(shi)認真(zhen)相信只(zhi)(zhi)有(you)(you)可觀(guan)(guan)(guan)察量(liang)才應當進入(ru)物(wu)(wu)理(li)(li)理(li)(li)論(lun)(lun)嗎(ma)(ma)?”對(dui)此(ci)海森(sen)(sen)堡(bao)(bao)(bao)(bao)答復(fu)說:“你處理(li)(li)相對(dui)論(lun)(lun)不(bu)正是(shi)(shi)這(zhe)樣的(de)(de)(de)嗎(ma)(ma)?你曾強調過(guo)絕(jue)(jue)對(dui)時(shi)(shi)間(jian)是(shi)(shi)不(bu)許(xu)可的(de)(de)(de),僅僅是(shi)(shi)因(yin)(yin)為(wei)絕(jue)(jue)對(dui)時(shi)(shi)間(jian)是(shi)(shi)不(bu)能(neng)被觀(guan)(guan)(guan)察的(de)(de)(de)。”愛因(yin)(yin)斯坦(tan)承(cheng)認這(zhe)一(yi)(yi)點(dian),但(dan)是(shi)(shi)又說:“一(yi)(yi)個人(ren)把實際觀(guan)(guan)(guan)察到的(de)(de)(de)東西記(ji)在(zai)心里,會有(you)(you)啟(qi)發(fa)性(xing)幫助的(de)(de)(de)……在(zai)原則上試圖(tu)(tu)單靠可觀(guan)(guan)(guan)察量(liang)來建立理(li)(li)論(lun)(lun),那是(shi)(shi)完全(quan)錯誤(wu)的(de)(de)(de)。實際上恰恰相反,是(shi)(shi)理(li)(li)論(lun)(lun)決定(ding)(ding)我們能(neng)夠觀(guan)(guan)(guan)察到的(de)(de)(de)東西……只(zhi)(zhi)有(you)(you)理(li)(li)論(lun)(lun),即(ji)只(zhi)(zhi)有(you)(you)關(guan)于自(zi)然規律的(de)(de)(de)知識(shi),才能(neng)使我們從感覺(jue)印象(xiang)推(tui)論(lun)(lun)出基本現象(xiang)。”
海森(sen)堡在(zai)(zai)1927年的(de)論文(wen)一(yi)(yi)開(kai)頭就(jiu)說:“如果誰(shui)想(xiang)要闡明(ming)‘一(yi)(yi)個(ge)(ge)物體的(de)位置(zhi)’(例如一(yi)(yi)個(ge)(ge)電子(zi)(zi)的(de)位置(zhi))這(zhe)個(ge)(ge)短語的(de)意義,那么(me)他(ta)就(jiu)要描述一(yi)(yi)個(ge)(ge)能(neng)夠測量‘電子(zi)(zi)位置(zhi)’的(de)實(shi)驗,否則(ze)這(zhe)個(ge)(ge)短語就(jiu)根(gen)本(ben)沒(mei)有(you)意義。”海森(sen)堡在(zai)(zai)談到諸如位置(zhi)與(yu)動(dong)量,或能(neng)量與(yu)時間(jian)這(zhe)樣一(yi)(yi)些正則(ze)共軛量的(de)不確(que)定關(guan)系時,說:“這(zhe)種不確(que)定性正是量子(zi)(zi)力學中(zhong)出現統計(ji)關(guan)系的(de)根(gen)本(ben)原因。”
海森(sen)堡的(de)(de)(de)測(ce)(ce)不(bu)準(zhun)原(yuan)理(li)得到(dao)了玻(bo)爾的(de)(de)(de)支(zhi)持,但(dan)玻(bo)爾不(bu)同(tong)意他(ta)的(de)(de)(de)推(tui)(tui)理(li)方(fang)式(shi),認(ren)為他(ta)建立測(ce)(ce)不(bu)準(zhun)關系(xi)所用(yong)的(de)(de)(de)基本概念有問(wen)(wen)題。雙方(fang)發生過激烈的(de)(de)(de)爭論。玻(bo)爾的(de)(de)(de)觀點(dian)是(shi)(shi)測(ce)(ce)不(bu)準(zhun)關系(xi)的(de)(de)(de)基礎在(zai)于波粒二象性,他(ta)說(shuo):“這才是(shi)(shi)問(wen)(wen)題的(de)(de)(de)核心。”而海森(sen)堡說(shuo):“我們已經有了一個貫徹一致的(de)(de)(de)數(shu)(shu)學(xue)推(tui)(tui)理(li)方(fang)式(shi),它把觀察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)一切告訴了人們。在(zai)自然界中沒有什(shen)么東西是(shi)(shi)這個數(shu)(shu)學(xue)推(tui)(tui)理(li)方(fang)式(shi)不(bu)能描(miao)述(shu)的(de)(de)(de)。”玻(bo)爾則說(shuo):“完備的(de)(de)(de)物理(li)解釋應當絕對地高于數(shu)(shu)學(xue)形(xing)式(shi)體系(xi)。”
玻爾更著(zhu)重(zhong)于從(cong)哲學上考慮問題(ti)。1927年玻爾作了《量(liang)子公設和(he)原子理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)新進展》的(de)演(yan)講,提出(chu)著(zhu)名的(de)互(hu)補(bu)原理(li)(li)。他指出(chu),在(zai)(zai)物理(li)(li)理(li)(li)論(lun)(lun)中(zhong),平常大(da)家總(zong)是認為可以(yi)不(bu)必干涉所研究的(de)對(dui)象,就(jiu)可以(yi)觀測該對(dui)象,但從(cong)量(liang)子理(li)(li)論(lun)(lun)看(kan)來卻(que)不(bu)可能,因(yin)為對(dui)原子體(ti)系(xi)的(de)任何觀測,都(dou)將涉及所觀測的(de)對(dui)象在(zai)(zai)觀測過程中(zhong)已經有(you)(you)所改(gai)變,因(yin)此不(bu)可能有(you)(you)單一的(de)定義,平常所謂的(de)因(yin)果(guo)性(xing)(xing)不(bu)復(fu)存(cun)在(zai)(zai)。對(dui)經典(dian)理(li)(li)論(lun)(lun)來說是互(hu)相排斥的(de)不(bu)同性(xing)(xing)質,在(zai)(zai)量(liang)子理(li)(li)論(lun)(lun)中(zhong)卻(que)成了互(hu)相補(bu)充的(de)一些側面(mian)。波粒(li)二象性(xing)(xing)正是互(hu)補(bu)性(xing)(xing)的(de)一個重(zhong)要(yao)表現。測不(bu)準原理(li)(li)和(he)其(qi)它(ta)量(liang)子力學結論(lun)(lun)也可從(cong)這里得到解釋。
科學理論,特別是牛頓引力論的成功,使得法國科學家拉普拉斯侯爵在19世紀初論斷,宇宙是完全被決定的。他認為存在一組科學定律,只要我們完全知道宇宙在某一時刻的狀態,我們便能依此預言宇宙中將會發生的任一事件。例如,假定我們知道某一個時刻的太陽和行星的位置和速度,則可用牛頓定律計算出在任何其他時刻的太陽系的狀態。這種情形下的宿命論是顯而易見的,拉普拉斯進一步假定存在著某些定律,它們類似地制約其他每一件東西,包括人類的行為。<續編:不確定原理實質是對因果論的一種更加肯定,可想而知,任何一種在微小的觀測都可以使對象的狀態發生改變,從而使原對象的體系進入一個新的狀態量,而在未對其干擾前他的狀態量卻會沿著一個自身作用的方向發展,(當然它的方向對我們來說是不確定的,這個不確定實質是對于我們的觀測而言的。),干擾(觀測)卻使他開始了一個“新的紀元”,而這個干擾結果對于對象而言卻是確定的,它會使對象開始一個新狀態,當然,這個新的結果又會作用于其他體系,從而影響整個宇宙。簡言之可以這么說:由于你的一個噴嚏,使氣流發生強運動,通過氣流之間力的作用,最終使美國的一朵云達到了降水的條件,由于你的一個噴嚏,使美國降了一場雨!而沒有你的噴嚏,那個云的運動也是一定的,降水就不可能了。所謂蝴蝶效應,其實也是這個道理,蝴蝶在太平洋那邊扇了下翅膀,另一邊可能因此刮起臺風。
妄想通過物(wu)理定律推算(suan)(suan)未來(lai)事件(jian)的(de)努(nu)力(li)是(shi)可笑的(de),從(cong)計算(suan)(suan)機學(xue)來(lai)看,這種推算(suan)(suan)是(shi)一(yi)種無(wu)(wu)限遞(di)歸(gui),終止遞(di)歸(gui)的(de)條件(jian)是(shi)得到未來(lai)某一(yi)時刻的(de)狀(zhuang)態,但算(suan)(suan)法需(xu)要知道自己(ji)得出(chu)結(jie)果后計算(suan)(suan)者對環境的(de)影響(必須(xu)考慮)因而陷(xian)入遞(di)歸(gui),因為終止條件(jian)是(shi)無(wu)(wu)法達(da)成的(de),故(gu)算(suan)(suan)法無(wu)(wu)法完(wan)成。從(cong)可行性來(lai)看,我(wo)們生(sheng)活(huo)的(de)世(shi)界好比一(yi)臺(tai)400mips的(de)電腦環境,它是(shi)不可能模擬出(chu)一(yi)臺(tai)500mips的(de)虛擬機的(de)。故(gu)未來(lai)不可知。
很(hen)多人強烈地抵(di)制這種科(ke)學決(jue)定(ding)論,他們感到(dao)(dao)(dao)(dao)這侵(qin)犯了“上(shang)帝”或神秘力(li)量(liang)干涉世(shi)界的(de)自由,直到(dao)(dao)(dao)(dao)20世(shi)紀初,這種觀念仍(reng)被(bei)認為是科(ke)學的(de)標準假定(ding)。這種信念必(bi)須(xu)被(bei)拋棄(qi)的(de)一個(ge)最(zui)初的(de)征兆,它是由英國科(ke)學家瑞(rui)利(li)勛爵(jue)和詹姆(mu)斯(si)·金(jin)斯(si)爵(jue)士所(suo)(suo)做的(de)計(ji)算(suan),他們指出(chu)(chu)一個(ge)熱的(de)物體——例如(ru)恒星(xing)——必(bi)須(xu)以無(wu)限(xian)大的(de)速率輻射(she)出(chu)(chu)能(neng)量(liang)。按照當時我(wo)們所(suo)(suo)相信的(de)定(ding)律,一個(ge)熱體必(bi)須(xu)在所(suo)(suo)有的(de)頻段同等地發出(chu)(chu)電磁波(諸如(ru)無(wu)線(xian)電波、可見(jian)光(guang)或X射(she)線(xian))。例如(ru),一個(ge)熱體在1萬億(yi)(yi)赫(he)(he)茲到(dao)(dao)(dao)(dao)2萬億(yi)(yi)赫(he)(he)茲頻率之(zhi)間發出(chu)(chu)和在2萬億(yi)(yi)赫(he)(he)茲到(dao)(dao)(dao)(dao)3萬億(yi)(yi)赫(he)(he)茲頻率之(zhi)間同樣能(neng)量(liang)的(de)波。而既(ji)然波的(de)頻譜是無(wu)限(xian)的(de),這意味著輻射(she)出(chu)(chu)的(de)總能(neng)量(liang)必(bi)須(xu)是無(wu)限(xian)的(de)。
為(wei)了(le)避(bi)免這顯然荒謬的(de)(de)(de)結果,德(de)國科學家馬克(ke)斯·普朗克(ke)在(zai)1900年提出,光波、X射線和其(qi)他波不能(neng)以(yi)任意(yi)的(de)(de)(de)速(su)(su)率(lv)(lv)輻射,而(er)必須以(yi)某種(zhong)稱為(wei)量(liang)(liang)子的(de)(de)(de)形(xing)式發射。并且,每個量(liang)(liang)子具有確(que)定的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang),波的(de)(de)(de)頻率(lv)(lv)越高(gao),其(qi)能(neng)量(liang)(liang)越大。這樣,在(zai)足夠高(gao)的(de)(de)(de)頻率(lv)(lv)下(xia),輻射單獨量(liang)(liang)子所需要(yao)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)比所能(neng)得到的(de)(de)(de)還要(yao)多。因此,在(zai)高(gao)頻下(xia)輻射被減少了(le),物(wu)體喪失能(neng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)速(su)(su)率(lv)(lv)變成有限的(de)(de)(de)了(le)。
量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)假設(she)可(ke)以非(fei)常好地解釋所(suo)觀(guan)(guan)測(ce)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)射率,直(zhi)到(dao)(dao)1926年另(ling)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)德國科學家威納·海(hai)森(sen)堡(bao)提出(chu)著名的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)定(ding)(ding)性(xing)原(yuan)(yuan)理(li)之后,它(ta)對(dui)(dui)(dui)宿(su)命(ming)論的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含義才被(bei)意識(shi)到(dao)(dao)。為(wei)了預(yu)言(yan)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)未來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置和速(su)度(du),人(ren)們必須能(neng)(neng)(neng)準確(que)地測(ce)量(liang)(liang)它(ta)現時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置和速(su)度(du)。顯(xian)而(er)易見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)辦法是(shi)將(jiang)光(guang)(guang)照到(dao)(dao)這(zhe)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)上,一(yi)部分光(guang)(guang)波被(bei)此(ci)(ci)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)散射開(kai)來,由此(ci)(ci)指明它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置。然(ran)而(er),人(ren)們不(bu)可(ke)能(neng)(neng)(neng)將(jiang)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置確(que)定(ding)(ding)到(dao)(dao)比光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)(ge)(ge)波峰(feng)之間距離更小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度(du),所(suo)以必須用短波長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)來測(ce)量(liang)(liang)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置。測(ce)量(liang)(liang)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)置,可(ke)以通過“六方鏡”得(de)(de)到(dao)(dao)。“六方鏡”,上下(xia)各(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)觀(guan)(guan)測(ce)鏡,左右各(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)觀(guan)(guan)測(ce)鏡,前后各(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)觀(guan)(guan)測(ce)鏡。由普朗克的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)假設(she),人(ren)們不(bu)能(neng)(neng)(neng)用任(ren)意少(shao)(shao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數量(liang)(liang),至少(shao)(shao)要用一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)光(guang)(guang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。這(zhe)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)會擾(rao)動這(zhe)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),并(bing)以一(yi)種(zhong)不(bu)能(neng)(neng)(neng)預(yu)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式改變粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)。而(er)且,位(wei)置測(ce)量(liang)(liang)得(de)(de)越準確(que),所(suo)需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波長(chang)就(jiu)越短,單獨量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)就(jiu)越大,這(zhe)樣粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)就(jiu)被(bei)擾(rao)動得(de)(de)越厲害(hai)。換(huan)言(yan)之,你對(dui)(dui)(dui)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置測(ce)量(liang)(liang)得(de)(de)越準確(que),你對(dui)(dui)(dui)速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)就(jiu)越不(bu)準確(que),反(fan)之亦然(ran)。海(hai)森(sen)堡(bao)指出(chu),粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)定(ding)(ding)性(xing)乘上粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)質(zhi)量(liang)(liang)再乘以速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)定(ding)(ding)性(xing)不(bu)能(neng)(neng)(neng)小于(yu)(yu)(yu)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)確(que)定(ding)(ding)量(liang)(liang)——普朗克常數。并(bing)且,這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)極限既不(bu)依賴(lai)于(yu)(yu)(yu)測(ce)量(liang)(liang)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)置和速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法,也(ye)不(bu)依賴(lai)于(yu)(yu)(yu)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)種(zhong)類。海(hai)森(sen)堡(bao)不(bu)確(que)定(ding)(ding)性(xing)原(yuan)(yuan)理(li)是(shi)世界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)基本的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)可(ke)回避(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)。
不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)性(xing)原理對(dui)(dui)我(wo)(wo)們世界觀(guan)(guan)有(you)非常深遠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。甚至到了50多(duo)年之(zhi)后,它(ta)還不(bu)(bu)(bu)為(wei)許多(duo)哲學(xue)(xue)家所(suo)鑒賞,仍然(ran)是許多(duo)爭議的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主題。不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)性(xing)原理使拉普拉斯科學(xue)(xue)理論(lun),即一(yi)個完(wan)全確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)宇宙模型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)夢想壽終正寢:如果人們甚至不(bu)(bu)(bu)能(neng)準確(que)(que)地(di)(di)測量(liang)(liang)宇宙當(dang)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態,那(nei)么就肯定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)不(bu)(bu)(bu)能(neng)準確(que)(que)地(di)(di)預言將來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)事(shi)件(否認觀(guan)(guan)察者可(ke)以(yi)確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)未(wei)來)!但(dan)客觀(guan)(guan)來說(shuo)宇宙當(dang)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態是確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無疑(yi)(承認客觀(guan)(guan)未(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)性(xing))。我(wo)(wo)們仍然(ran)可(ke)以(yi)想像(xiang),對(dui)(dui)于一(yi)些(xie)超(chao)自然(ran)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu),存在(zai)一(yi)組完(wan)全地(di)(di)決定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)事(shi)件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)律,這些(xie)生(sheng)(sheng)物(wu)能(neng)夠不(bu)(bu)(bu)干(gan)擾宇宙地(di)(di)觀(guan)(guan)測它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態。然(ran)而(er)(er),對(dui)(dui)于我(wo)(wo)們這些(xie)蕓(yun)(yun)蕓(yun)(yun)眾生(sheng)(sheng)而(er)(er)言,這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)宇宙模型(xing)并沒(mei)有(you)太多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)興趣,因為(wei)對(dui)(dui)于我(wo)(wo)們這些(xie)觀(guan)(guan)察者來說(shuo)未(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)確(que)(que)是不(bu)(bu)(bu)可(ke)預知(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。看來,最好(hao)是采(cai)用(yong)稱(cheng)為(wei)奧鏗剃刀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)濟學(xue)(xue)原理,將理論(lun)中(zhong)(zhong)不(bu)(bu)(bu)能(neng)被觀(guan)(guan)測到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)所(suo)有(you)特征都割除掉(diao)。20世紀20年代(dai)。在(zai)不(bu)(bu)(bu)確(que)(que)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)性(xing)原理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上,海(hai)森(sen)堡、厄文·薛定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)諤和保爾·狄(di)拉克運用(yong)這種手段(duan)將力(li)學(xue)(xue)重新(xin)表達成稱(cheng)為(wei)量(liang)(liang)子(zi)力(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)理論(lun)。在(zai)此理論(lun)中(zhong)(zhong),粒子(zi)不(bu)(bu)(bu)再有(you)分別被很好(hao)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)義的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)、能(neng)被同時觀(guan)(guan)測的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置和速(su)度,而(er)(er)代(dai)之(zhi)以(yi)位(wei)置和速(su)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結合物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)態。
一(yi)(yi)(yi)般(ban)而言(yan)(yan),量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)并不對一(yi)(yi)(yi)次(ci)(ci)觀(guan)測(ce)預(yu)言(yan)(yan)一(yi)(yi)(yi)個單獨的(de)(de)(de)(de)確定(ding)結(jie)(jie)果(guo)。代(dai)之(zhi),它預(yu)言(yan)(yan)一(yi)(yi)(yi)組不同的(de)(de)(de)(de)可(ke)能發生的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)果(guo),并告訴(su)我們(men)(men)(men)每(mei)個結(jie)(jie)果(guo)出(chu)(chu)現(xian)的(de)(de)(de)(de)概率。也就是(shi)說(shuo),如(ru)果(guo)我們(men)(men)(men)對大量(liang)的(de)(de)(de)(de)類(lei)似的(de)(de)(de)(de)系統作(zuo)同樣的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang),每(mei)一(yi)(yi)(yi)個系統以(yi)同樣的(de)(de)(de)(de)方(fang)式起(qi)始,我們(men)(men)(men)將會找到測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)果(guo)為(wei)A出(chu)(chu)現(xian)一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)次(ci)(ci)數(shu)(shu),為(wei)B出(chu)(chu)現(xian)另一(yi)(yi)(yi)不同的(de)(de)(de)(de)次(ci)(ci)數(shu)(shu)等等。人(ren)們(men)(men)(men)可(ke)以(yi)預(yu)言(yan)(yan)結(jie)(jie)果(guo)為(wei)A或(huo)B的(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)的(de)(de)(de)(de)次(ci)(ci)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)近似值,但不能對個別測(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)特定(ding)結(jie)(jie)果(guo)作(zuo)出(chu)(chu)預(yu)言(yan)(yan)。因而量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)為(wei)科學(xue)(xue)(xue)(xue)引(yin)進了不可(ke)避免的(de)(de)(de)(de)非預(yu)見性(xing)或(huo)偶然性(xing)。盡管愛因斯坦(tan)在(zai)發展(zhan)這(zhe)些觀(guan)念時起(qi)了很大作(zuo)用,但他(ta)(ta)非常強烈地反對這(zhe)些。他(ta)(ta)之(zhi)所以(yi)得到諾貝爾(er)獎就是(shi)因為(wei)對量(liang)子(zi)理(li)論的(de)(de)(de)(de)貢獻。即使這(zhe)樣,他(ta)(ta)也從不接(jie)受(shou)宇(yu)宙(zhou)受(shou)機遇控(kong)制的(de)(de)(de)(de)觀(guan)點;他(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)感覺可(ke)表達(da)成(cheng)他(ta)(ta)著名的(de)(de)(de)(de)斷(duan)言(yan)(yan):“上帝不玩弄骰(tou)子(zi)。”然而,大多數(shu)(shu)其他(ta)(ta)科學(xue)(xue)(xue)(xue)家愿意接(jie)受(shou)量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue),因為(wei)它和(he)實驗符合(he)得很完美。它的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)確確成(cheng)為(wei)一(yi)(yi)(yi)個極其成(cheng)功的(de)(de)(de)(de)理(li)論,并成(cheng)為(wei)幾乎所有現(xian)代(dai)科學(xue)(xue)(xue)(xue)技術的(de)(de)(de)(de)基礎。它制約(yue)著晶體管和(he)集成(cheng)電(dian)路的(de)(de)(de)(de)行為(wei),而這(zhe)些正是(shi)電(dian)子(zi)設備諸(zhu)如(ru)電(dian)視、計算機的(de)(de)(de)(de)基本(ben)元件。它并且是(shi)現(xian)代(dai)化學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)生物學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)基礎。物理(li)科學(xue)(xue)(xue)(xue)未讓量(liang)子(zi)力學(xue)(xue)(xue)(xue)進入的(de)(de)(de)(de)唯(wei)一(yi)(yi)(yi)領域(yu)是(shi)引(yin)力和(he)宇(yu)宙(zhou)的(de)(de)(de)(de)大尺度結(jie)(jie)構。