實(shí)際上與人為因素?zé)o關(guān),與測(cè)量?jī)x器也沒(méi)有任何關(guān)系。它體現(xiàn)的是量子世界的內(nèi)在特性,是大自然的基本法則。換句話說(shuō),在量子世界中,一切都是不確定的,只能用概率來(lái)描述。我們無(wú)法同時(shí)確定微觀粒子的準(zhǔn)確位置和速度,只能描述微觀粒子出現(xiàn)在某個(gè)位置的概率。
這種不確定性也可以用公式來(lái)表達(dá),即位置和速度的不確定性乘積必須不小于一個(gè)常數(shù)。雖然這個(gè)常數(shù)非常小,但不管多小,總是大于零的。
這意味著微觀粒子的速度和位置的不確定性都不可能為零,也就是說(shuō)它們是不確定的。如果速度和位置的不確定性為零,就意味著微觀粒子的位置或速度是確定的,這就違反了不確定性原理。
由于微觀世界中微觀粒子的位置和速度的不確定性都很小,它們之間就產(chǎn)生了一種制約關(guān)系。當(dāng)微觀粒子的位置越確定,速度就越不確定,反之亦然。而在宏觀世界中,物體的位置和速度的不確定性都很大,所以不確定性原理公式無(wú)論如何都成立。
實(shí)際上,在量子世界中的不確定性不僅體現(xiàn)在位置和速度上,還體現(xiàn)在其他方面,例如時(shí)間和能量也存在不確定性關(guān)系。
時(shí)間和能量的不確定性關(guān)系意味著什么呢?它暗示著宇宙的終極奧秘:宇宙的起源。
根據(jù)時(shí)間和能量的不確定性關(guān)系,能量有可能在極短的時(shí)間內(nèi)變得極大。而且時(shí)間越短,能量變大的可能性就越大。
量子世界中著名的量子隧穿效應(yīng)實(shí)際上就是時(shí)間和能量的不確定性關(guān)系的體現(xiàn)。在足夠短的時(shí)間內(nèi),微觀粒子可以獲得足夠大的能量,以至于可以輕松地突破能量勢(shì)壘的限制和屏障,完成量子隧穿。
用宏觀世界的例子來(lái)解釋,想象你站在一座山腳下,希望把一塊石頭搬到山的另一邊的山腳下。你必須越過(guò)山頂才能到達(dá)目的地,而從山腳到山頂所需克服的重力勢(shì)能就是能量勢(shì)壘。
但是在足夠短的時(shí)間內(nèi),你完全有可能突破能量勢(shì)壘的限制,直接“瞬移”到山的另一邊。
具體而言,你可以通過(guò)“借貸能量”的方式,在短時(shí)間內(nèi)獲得超級(jí)能量,然后“瞬移”到目的地,再歸還能量。只要整個(gè)過(guò)程的時(shí)間足夠短,大自然就不會(huì)在意。
微觀粒子所借貸的能量實(shí)際上是真空中的能量,完成量子隧穿后再將能量歸還給真空!
實(shí)際上,量子世界中存在著另一個(gè)奇特現(xiàn)象,即量子漲落,也是時(shí)間和能量不確定性關(guān)系的直接體現(xiàn)。量子漲落表明,在極短的時(shí)間內(nèi),虛粒子可以通過(guò)“借貸”真空能量的方式產(chǎn)生,然后迅速湮滅消失,將能量歸還給真空。
基于這一原理,科學(xué)家提出了“宇宙源于無(wú)中生有”的觀點(diǎn)。根據(jù)量子漲落,在無(wú)限短的時(shí)間內(nèi),能夠產(chǎn)生無(wú)限大的能量,甚至直接引發(fā)宇宙大爆炸。
然而,這種情況發(fā)生的概率微乎其微,并且需要漫長(zhǎng)到無(wú)法想象的時(shí)間才有可能發(fā)生一次。但宇宙擁有充足的時(shí)間,并且在宇宙誕生之前完全處于量子真空狀態(tài),沒(méi)有時(shí)間的概念,這意味著發(fā)生一次足以引起宇宙大爆炸的超級(jí)量子漲落終將是必然的。
這就是詭異的量子力學(xué)。我們無(wú)法用傳統(tǒng)的思維方式來(lái)衡量量子世界,甚至在我們熟悉的宏觀世界中的因果關(guān)系在量子世界中也完全失效了。在量子世界中,一切都是可能的。
用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述,我們只能用不確定的波函數(shù)來(lái)描述量子世界中微觀粒子的狀態(tài)。這表明不確定性是量子世界的基本屬性,與任何外部因素?zé)o關(guān),包括人類科技和測(cè)量?jī)x器。