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海森堡于1927年提出的“不确定性原理”适用于对量子世界性质的观察,量子世界通常具有微观尺度

正如我几个月前所解释的那样,它具有深刻的含义,即我们不知道所有事情本月早些时候,来自多伦多大学物理学家的论文发表在着名的期刊“物理评论快报”(这里的公共访问预发布版本)中,乍一看似乎表明他们的实验结果违反了海森堡的原则海森堡不确定性原则如何(HUP) ,80多年来一直是物理学的基础,突然被证明是错误的

多伦多的实验实际上使用了我自己的一些研究,所以我有充分的理由来解释实际上的情况首先,正如我之前所解释的,海森堡的“不确定性原则”根本不是一个真正的基本原则它实际上是由于更基本的东西,即量子力学(QM)这个理论适用于所有形式的物质和能量(据我们所知)并且经过极好的测试多伦多的实验主义者,由Aephraim Steinberg领导,并没有声称已经证实了量子实际上,他们的设备的设计依赖于QM是正确的而且他们报告的实验性违规是使用QM预测的,在Austin Lund和我的2010年论文中......如果HUP是QM的结果,但QM没有被违反那篇论文究竟是什么声称的

要理解本文,你必须要理解HUP是一个通用原则,它有许多不同的形式最有用的形式是与不确定性相关的各种量之间的定量关系最简单的不确定关系,可以很容易地使用QM得出,可以是表达式如下:(1)ΔqxΔv>ħ/ m这里Δq是粒子位置的不确定度(以米为单位),Δv是其速度的不确定度(以米为单位),m是以千克为单位的质量和ħ是一个非常小的常数(普朗克常数),大约等于10-34 = 000 ... 001,这里应该有34个零

因为在等式(1)中乘以的两个​​不确定性必须大于某个数,这意味着Δq和Δv都不可能为零因此你无法确定粒子的位置和速度 - 你无法知道所有事情你可能会认为如果你想知道它们你可以先找出它们测量速度,然后是位置但是这不起作用,因为位置的完美(零误差)测量必然会扰乱速度,反之亦然这个事实是HUP的另一种形式,它将位置测量中的误差联系起来, e(q),以及速度d(v)中的相关扰动您可能猜测它们应该通过(2)e(q)xd(v)>ħ/ m相关这是一个非常合理的猜测,它是本质上是海森堡在1927年猜测的“测量 - 干扰关系”令人惊讶的是,这种猜测是错误的根据QM,将误差乘以扰动可以小于ħ/ m实际上,它甚至可以等于零,事实上在过去的十年里,多伦多的实验实际上只测量了单个光子的旋转,而不是粒子的位置

但是有一个类似的不确定性原理将旋转与不同的方向联系起来使用Lund和我的技术建议,基于“w eak值概率“,Steinberg及其同事能够直接测量适当的误差(e)和干扰(d)数量,并证明它们违反了海森堡的测量 - 干扰关系(2)但是如果海森堡的测量干扰关系(2)是错误的,为什么你不能在不扰乱速度的情况下测量位置,从而找出两者,这违反了原始的不确定性关系(1)

简短的回答是:因为根据QM是不可能的但是这不是一个非常令人满意的答案,因为QM的数学很难理解,不像(1)和(2)的数学

值得庆幸的是,QM允许我们得出一个不同的测量 - 干扰关系使一切正常再次这是日本理论家Masanao Ozawa在2003年首次展示的(这里是公共访问预发布版本) 小泽的测量 - 干扰关系包括海森堡(错误)测量 - 干扰关系(2)中的术语以及他(右)不确定关系(1)中出现的不确定性:(3)e(q)xd(v)+ e(q)xΔv+Δqxd(v)>ħ/ m Steinberg在多伦多的实验室也通过实验测试了这种关系的自旋类似物,并且发现,正如预期的那样,它始终保持着Ozawa的关系(3)允许e(q)或d(v)可能为零的可能性 - 根据海森堡的关系式(2)是不可能的 - 假设Δq或Δv足够大但它们仍然不可能为零,因为这将使(3)的左侧等于零,而右侧不为零因此,Ozawa的关系仍然保证不可能在没有干扰的情况下进行零误差测量速度它仍然保证你找不到一切,坚持海森堡的不确定性原则并且,将量子力学留在我们所拥有的最佳理论中

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