有什么科学原理指出,对任何物体的测量都会影响该物体——也就是说,不可能获得完美的测量?是谁提出了这个想法,并且可以对其进行测试吗?

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布法罗河管理基金会的杰西·戈登提出了以下回应

“您指的是20世纪初由维尔纳·海森堡推导出的‘不确定性原理’。海森堡意识到量子物理学的一个含义是,测量行为总是会扰乱被测量的物体。不确定性原理适用于所有物体,但仅在原子或亚原子水平上才显着。在这样的尺度上,我们对物体位置的确定性存在明显的限制。

“这种不确定性背后的物理原因是,测量本质上需要使用某种能量——例如,将光照射到要测量的物体上。光由离散的能量单位或量子组成,称为光子。将光照射到电子上意味着用光子轰击它,每个光子都会对电子产生很大影响。”


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海森堡和他的量子先驱们认识到,能量非常高的光子可以更准确地读取电子的位置,但它们也更具破坏性。因此,存在一种权衡:我们在测量时越精确地了解物体的位置,我们对它当前位置的了解就越少。这种不确定性不能通过设计更好的仪器来消除;它固有的存在于量子物理定律中。

戈登然后考虑了问题的第二部分:“海森堡原理的一个重要测试可以用哲学的角度来思考:假设我们可以无限精确地测量每个亚原子粒子的位置和速度。那么我们就可以测量你身体中每个粒子的位置和速度,并预测你身体中每个粒子在未来的位置和速度。换句话说,我们可以准确地预测你在无限的未来将要做什么;你将拥有一个决定论的世界,从而排除自由意志。不确定性原理是自由意志存在的物理原因。即使使用无限精确的仪器,我们也无法预测亚原子粒子的未来行为,因此我们也无法预测宏观粒子(如人)的未来。”

在更实际的层面上,不确定性原理解释了许多真实观察到的物理效应,例如量子隧穿。有时,电子会“隧穿”到根据经典物理学它永远不可能出现的位置。这种现象构成了扫描隧道显微镜的基础,它使科学家能够绘制出单个原子位置的图谱

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