Question

请解释下量子力学的不确定性原理， 并说说你自己的看法。以及你对波函数坍缩的理解。

Answer 1

微粒位置的不确定度有下限、而没有上限，并且与位置偏移（dx）方向上的微粒的动量的不确定度（dp）密切相关——根据海森堡不确定性原理有dx*dp≥h/(2π)。
真实的微粒的各个方向上都有一定的位置与动量的不确定度，动量的不确定意味着微粒的物质波波长不是单一的——与该微粒对应的物质波，一般是无数个波长有所不同的单色物质波的叠加；这些波长分布得越集中——越接近单色（单一波长），相应的动量的不确定度就越小，而同方向上的位置的不确定度的下限就越大；反之，波长分布越弥散——动量越不确定，那位置的不确定度的下限就越小——微粒越可能集中于某个确定点上。上述两种极端情况里，位置的不确定度都无上限——都可能“出现在挡板外，比如月球”，但显然，后一种极端情况中微粒跑到月球的可能性要远远小于前一种极端情况。
　　波函数的塌缩必然要涉及到测量：在测量之前，我们根据已求得的波函数只能知道粒子处于它可能存在于其中的各种状态的相对几率，我们不知道它到底存在于哪个状态（主流观点进一步认为：测量之前，粒子处于实际上也不确定的——不仅仅只是我们不知道而已——各种可能状态的叠加态或纠缠态）；必须进行一次测量，我们才能得知它的真实状态（主流观点就是：测量使粒子从叠加态突然变到一个确定的状态。最典型的例子，比如某核发生贝塔衰变，我们不知道衰变出来的电子飞向哪个方向，其波函数就是一个不断向外扩展的球面波，时间足够长，这个球面就要多大就能有多大；一旦测量得知这个电子具体在哪里，那么那个巨大的球面波波函数就突然“塌缩”到探测到电子的那一点），一次测量不能验证波函数的正确与否，要多次同等条件下的测量或多个相同状态粒子的一次测量（越多次或越多个越好）才行，因为波函数是统计性的。

追问

眼睛看到一块石头在那里，然后闭上眼睛，这个石头就会成波函数弥散于空间，第二眼看石头，为什么石头还在原来位置？

追答

“这个石头就会成波函数弥散于空间”——此言不妥。波函数是系统状态的一种描述，石头总是处于某种状态，因此石头总是与某个波函数相伴。所谓“石头变成波函数”就如同“某人变成了他的名字”一样没有意义。
“眼睛看到一块石头在那里”——这说明石头的位置是相当确定的，但也不会是绝对确定，相应的波函数表征位置的那部分形如一个尖峰，它代表的意思是，在尖峰处测得石头的几率远远大于在别处的几率，因此，第二眼看它，它仍在原处的几率远远大于它跑没影的几率。另有“退相干”的观点认为，由大量原子构成的宏观系统，各原子间频繁地相互“观测”（亦即相互作用），总的波函数与经典描述没有区别，即上述那很小的跑别处的几率都没有！
关于测量，量子力学尚无完整清晰的描述，所以才会有上述两种观点。不过在实际观测的意义上说，上述两种观点几乎没有什么区别。

追问

您第一个观点是把石头看成整体吗？然后它整体的波函数留在原地的概率几乎是100%。第二种退相干说的是把它看成很多粒子，然后粒子相互观测，造成系统几乎一直都是本征态而没有出现叠加态。对不？

追答

嗯，基本上是这个意思！
不过，因为量子力学的测量问题尚无完整清晰的描述，所以，我们现今所说的总难免略有似是而非的模糊之处。

追问

恩 你太牛逼了！ 你对mwi怎么看？以及量子自杀

追答

个人不喜欢多宇宙，感觉那过于庞杂、奢侈、疯狂了，但据说大多数物理学家倒是相信它……

追问

波函数本质是不是因为不确定性造成的？ 还有就是海森堡证明不确定性的时候用到了用光子去探测一个电子，从而得到动量和位置的不确定关系。但他为什么就敢说这是基本的自然定律，为什么敢说这个不确定关系不是因为探测手段的落后而造成的。

追答

波函数本质是不是因为不确定性造成的？——也许可以这么说，但我更想说波函数及其几率诠释正体现了不确定性，即波函数是不确定性的精确化描述，是不确定原理的进一步的深化与拓展——到底系统是怎样的不确定性，而不仅仅满足于dx*dp≥h/(2π)中的那个大于等于。
测不准关系的严格证明与那个思想实验毫无关系。其根源就是德布罗依波（可以说量子力学最基本的一个奥秘就是为什么粒子的动量与其物质波的波长有反比例的那个关系。当然，通过狭义相对论可以证明这与粒子的能量正比于物质波的频率的奥秘是等价的）以及态叠加、几率幅、力学量算符化、共轭量不对易等基本假设，然后经过一些数学推导得出测不准关系。
注意，不确定性原理与测不准关系不是一回事儿，是有区别的。不确定性原理是一个基本假定，大体上就是说力学体系的正则坐标、正则共轭动量间的某种测量的相容性（即有没有共同本征态）……涉及不少新概念新数学，而我又不是很精通，所以很难说清楚。不确定性原理就是测不准原理，还有一个测不准定理，两者相关但也不同。
有个粗略但直观的方法：一个动量绝对精确的粒子伴随一个波长绝对精确的物质波，这一物质波是等振幅等波长地遍及全空间，而这意味着粒子出现在各处是等几率的——粒子位置绝对不准确。再看一个有限长的波列，其长度大体就是粒子测不准的范围；该波列与无波列（图形就是坐标轴所在的直线）间应光滑衔接，这就使得该波列所含的完整周期波的个数至少有1这样一个不确定度——我们只能说它含有n到n+1个全波，不能准确说出它含n又几分之几个波，这就使得波长有个不确定量，从而使动量有不确定量……关键问题就是动量与波长挂钩。

追问

爱因斯坦电梯里的时空是弯曲的吗？ 也就是说，时空的扭曲只能因为质量的存在而被扭曲，还是时空在虚空无其他大质量天体的空间里，在非惯性系里也是扭曲的？

如果是平直的，那电梯里垂直于运动方向的光是否扭曲？

Answer 2

1、不确定性原理是量子力学的一个基本原理，它表明物理学中的一些物理量如：位置与动量、时间与能量、角度与角动量等，不能同时被准确测定，两个物理量间的不确定性乘积≥h/2π。
2、关于不确定性原理，我比较赞成波尔的观点，物质的性质虽然是不同的、多样的、相互排斥的，但对于物质来说，这些性质是互补的，这些性质体现了物质各个不同的侧面。这个观点与哲学中的对立与统一相符合。比如位置与动量，看似不相关的两个物理量，但它们是物质所具有的波动性和粒子性这两个不同侧面的体现。波动性体现得越多，粒子性就体现得越少（反之亦然），波动性和粒子性是物质所同时具有的性质，互补的并且缺一不可。
3、关于波函数坍缩，正统的解释是波恩的概率解释，其它主流的解释有平行世界解释、退相干解释、隐变量解释等。我个人比较赞同退相干解释，波函数坍缩的关键原因是环境与系统的相互作用及二者间的相互纠缠。整个宇宙的波函数决定性的按照薛定谔方程演化，只有当我们把整个宇宙的希尔伯特态空间分解成很多个子空间（即很多个系统）时，就会出现系统间的耦合向量，指向单一的结果，导致叠加态的坍缩。正是由于宇宙的可分性和关联性，才导致了波函数的坍缩。
当然坍缩问题是量子力学的基本问题，很多物理学家正在为此努力，真正的结果是什么？我们拭目以待。

Answer 3

目前科学还有存在无法看不到的东西，如果你计算一个城市每一年死多少人，这是容易的，如果你计算一个国家一年死多少人就更容易了，而如果你去计算一个人什么时候会死亡，里面充满了不确定性原理。当人数变得愈多时，事情就愈是变得物质化；而当一个现象愈是充满了个体性，其中就愈是充满了意识。事实上，一块物质是由上百万个原子群所组成，因此我们可以预测它的状况。但如果贯穿进入原子当中，捉住其中的电子，那么会发现那些电子充满了个体性，我们根本无法预测它们的动向，而且某种程度看起来，它们像是能够决定自己的动向一样。所以我们可以确定一块岩石的状态，会在特定的地方找到它，但我们无法确定其中各个原子的架枸。当我们再回到原来的地方时，其中所有的原子可能都已经改变了位置。