（二）不確定性原理

不確定性原理的意思是你無法同時準(zhǔn)確測得一個粒子的位置和動量。這是什么意思呢？

動量=質(zhì)量×速度。速度是在單位時間內(nèi)，粒子從初始位置到末位置行走過的距離。對于電子來說，它從電子槍出發(fā)時的初始位置是給定的，但是末始位置就需要你去測量了。測量的方法是將一束光照上去，這樣就會有光子被電子散射開來，由此確定電子準(zhǔn)確的“末位置”。而不確定性的原因出在用來測量電子的“光子”身上。因為光子不是一個粒子，而是一道波。而“波”不是一個東西，只是一種物質(zhì)的運(yùn)動態(tài)勢。例如，水波是水分子上下振動的態(tài)勢，聲波是空氣分子被前后擠壓的態(tài)勢。

波的態(tài)勢有兩個特性：波長和振幅。波長是空間內(nèi)波在一個長度方向的區(qū)間跨度。因此，假設(shè)你用一道光“波”去測量電子位置的話，因為光波具有在空間中波的長度的區(qū)間跨度，這樣電子的準(zhǔn)確位置就有一個基于光波的波長空間跨度所帶來位置的“不確定性”。

圖1-27 米尺的刻度是毫米，而光波也有基于其波長而存在的刻度值

圖1-28 光波具有的區(qū)間跨度

圖1-29 光波具有的區(qū)間跨度如圖1-27所示，米尺的最小刻度是1毫米，如果你用這個尺子去測量書桌，你對書桌長度精確度的測定只能限于1毫米以上。對于用來測量電子位置的光波也是同樣情況，因為光是波，因此對電子位置測量的精準(zhǔn)度就只能被限制在光波波長的區(qū)間以內(nèi)（圖1-28、1-29）。

下面，描述一下不確定性原理產(chǎn)生的具體原因。為了便于理解，其中的數(shù)據(jù)為方便說明的放大數(shù)據(jù)。

假設(shè)電子的速度是100米／秒，而你在100米外測量由一臺電子槍發(fā)射過來的一個電子。這時，因為你用來測量電子的光波波長是1米，因此，你測得的電子的真實(shí)位置就被限制在99~100米之間。從而就產(chǎn)生了一個基于對電子真實(shí)位置“99~100米”而帶來的電子速度的“99~100／秒”的不確定性。因為動量=質(zhì)量×速度，所以這就帶來了一個基于速度不確定性所帶來的電子動量“（99~100）×質(zhì)量”的不確定性。這時，電子位置的不確定性就限制在1米區(qū)間跨度內(nèi)，即這時動量的不確定性比較小。

那么，如同我們可以用0.01毫米刻度的游標(biāo)卡尺去測量桌子一樣，我們是否可以用更短波長的光波去測量電子，讓電子的位置變得更準(zhǔn)確，進(jìn)而使其動量變得更準(zhǔn)確呢？例如，我們用波長為1毫米的光波去測量電子，這樣電子的位置就被確定在99.99~100.00米之間了？

圖1-30 更短波長的光子答案是可以。但是會帶來另外一個問題。就是說，對光波來說，波長越短，它所攜帶的能量就越大（見圖1-30）。因此，假設(shè)你用一個波長為1毫米（波長為放大說明）的高能量的光子去測量電子的位置，你是可以將電子的位置精確到1毫米空間的區(qū)域之內(nèi)的，但是由于電子被高能量的光波撞擊了一下，這就讓電子的真實(shí)位置變得“不確定”了。