测不准原理的一个经典情形
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2010-9-16 05:07
|个人分类:胡思乱想|系统分类:观点评述|
量子, 经典, 速度, 测不准, 海森堡
警告:俺的物理水平,从
俺关于荡秋千的问题可见一斑。此博文纯属胡思乱想,阅后如有任何不良反应,后果自负。
假定我们通过摄影来测量一个运动物体──比如在真空中无重力的条件下飞行的乒乓球──的速度和位置。在乒乓球飞行过程中,以一定的曝光时间(Δt)拍一张照片。然后,我们可以根据照片上乒乓球成像的位置来确定乒乓球在拍照时的位置。不过,由于曝光时间大于0,所以乒乓球的成像不会是圆,而更像一根火腿肠,所以我们也可以根据这根儿火腿肠的长度和曝光时间的关系,来确定乒乓球的速度。
俺断定:位置和速度在这里存在测不准原理所描述的那种关系。
为什么?
要准确定位乒乓球的位置,当然是曝光时间越短越好。这样的话,火腿肠就越短,在飞行方向上的位置误差就越小。为了讨论方便,假定位置的误差(Δs)和曝光时间(Δt)成正比:
Δs = h1 Δt (1)
这里h
1是个常数。
要准确定位乒乓球的速度,当然是曝光时间越长越好。这样的话,火腿肠就越长,在曝光时间内飞行方向上的位移的测量误差就越小,速度也就可以测得越准确。在最简单的情况下,咱们可以假定速度的误差(Δv)和曝光时间(Δt)成反比:
Δv = h2 / Δt (2)
这里h
2也是个常数。
把两个式子联系起来看:要想通过缩短曝光时间(Δt)来准确测量位置(1),速度的误差就增加(2);反之,要想通过增加曝光时间(Δt)来准确测量速度(2),位置的误差就增加(1)。把两个式子乘起来,就得到:
Δs Δv = h1 h2 (3)
然后,或者是由于h
1和h
2可能有内在联系,或者是干脆就把h1 h2给个新名字,我们可以用h来代替(3)中的h
1 h
2:
Δs Δv = h (4)
于是就得到了咱们的测不准关系。由于曝光时间Δt在(4)中并不出现,所以我们知道要想通过调整曝光时间来同时降低两个误差是不可能的。
因为俺觉得上面这个(经典?)情形很直观,所以俺觉得海森堡的测不准原理其实并没有什么太奇怪的,也不应该是量子领域的专利,那么量子力学描述的世界是不是也并不太奇怪呢?
最后说明一点,俺讲的并不是
茅于轼先生所说的那种任何观察所必需的观察者、观察仪器和观察对象之间泛泛而言的相互作用。
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