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,所謂“軌跡”早就在矩陣創立時被當作不可觀測的量被拋棄了……
窗外夜闌人靜,海森堡冥思苦想而不得要領。他愁腸百結,輾轉難寐,決定起身到離玻爾研究所不遠的Faelled公園去散散步。深夜的公園空無一人,晚風吹在臉上還是凜冽寒冷,不過卻讓人清醒。海森堡滿腦子都裝滿了大大小小的矩陣,他又想起矩陣那奇特的乘法規則:
p×q ≠ q×p
理論決定了我們觀察到的東西?理論說,p×q ≠ q×p,它決定了我們觀察到的什麼東西呢?
I×II什麼意思?先搭乘I號線再轉乘II號線。那麼,p×q什麼意思?p是動量,q是位置,這不是說……
似乎一道閃電劃過夜空,海森堡的神志突然一片清澈空明。
p×q ≠ q×p,這不是說,先觀測動量p,再觀測位置q,這和先觀測q再觀測p,其結果是不一樣的嗎?
等等,這說明了什麼?假設我們有一個小球向前運動,那麼在每一個時刻,它的動量和位置不都是兩個確定的變數嗎?為什麼僅僅是觀測次序的不同,其結果就會產生不同呢?海森堡的手心捏了一把汗,他知道這裡藏著一個極為重大的秘密。這怎麼可能呢?假如我們要測量一個矩形的長和寬,那麼先測量長還是先測量寬,這不是一回事嗎?
除非……
除非測量動量p這個動作本身,影響到了q的數值。反過來,測量q的動作也影響p的值。可是,笑話,假如我同時測量p和q呢?
海森堡突然間像看見了神啟,他豁然開朗。
p×q ≠ q×p,難道說,我們的方程想告訴我們,同時觀測p和q是不可能的嗎?理論不但決定我們能夠觀察到的東西,它還決定哪些是我們觀察不到的東西!
但是,我給搞糊塗了,不能同時觀測p和q是什麼意思?觀測p影響q?觀測q影響p?我們到底在說些什麼?如果我說,一個小球在時刻t,它的位置座標是10米,速度是5米/秒,這有什麼問題嗎?
“有問題,大大地有問題。”海森堡拍手說。“你怎麼能夠知道在時刻t,某個小球的位置是10米,速度是5米/秒呢?你靠什麼知道呢?”
“靠什麼?這還用說嗎?觀察呀,測量呀。”
“關鍵就在這裡!測量!”海森堡敲著自己的腦殼說,“我現在全明白了,問題就出在測量行為上面。一個矩形的長和寬都是定死的,你測量它的長的同時,其寬絕不會因此而改變,反之亦然。再來說經典的小球,你怎麼測量它的位置呢?你必須得看到它,或者用某種儀器來探測它,不管怎樣,你得用某種方法去接觸它,不然你怎麼知道它的位置呢?就拿‘看到’來說吧,你怎麼能‘看到’一個小球的位置呢?總得有某個光子從光源出發,撞到這個球身上,然後反彈到你的眼睛裡吧?關鍵是,一個經典小球是個龐然大物,光子撞到它就像螞蟻撞到大象,對它的影響小得可以忽略不計,絕不會影響它的速度。正因為如此,我們大可以測量了它的位置之後,再從容地測量它的速度,其誤差微不足道。
“但是,我們現在在談論電子!它是如此地小而輕,以致於光子對它的撞擊決不能忽略不計了。測量一個電子的位置?好,我們派遣一個光子去執行這個任務,它回來怎麼報告呢?是的,我接觸到了這個電子,但是它給我狠狠撞了一下後,飛到不知什麼地方去了,它現在的速度我可什麼都說不上來。看,為了測量它的位置,我們劇烈地改變了它的速度,也就是動量。我們沒法同時既準確地知道一個電子的位置,同時又準確地瞭解它的動量。”
海森堡飛也似地跑回研究所,埋頭一陣苦算,最後他得出了一個公式:
△p×△q 》 h/2π
△p和△q分別是測量p和測量q的誤差,h是普朗克常數。海森堡發現,測量p和測量q的誤差,它們的乘積必定要大於某個常數。如果我們把p測量得非常精確,也就是說△p非常小,那麼相應地,△q必定會變得非常大,也就是說我們關於q的知識就要變得非常模糊和不確定。反過來,假如我們把位置q測得非常精確,p就變得搖擺不定,誤差急劇增大。
假如我們把p測量得100%地準確,也就是說△p=0,那麼△q就要變得無窮大。這就是說,假如我們瞭解了一個電子動量p的全部資訊,那麼我們就同時失去了它位置q的所有資訊,我們一點都不知道,它究竟身在何方,不管我們怎麼安排實驗都沒法做得更好。魚與熊掌
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