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第23章 不确定性和量子隧穿效应

 靖薄_52赫兹鲸 2022-06-27 发布于河北

“不确定性原理”是量子力学的基础原理,即海森堡以傅立叶变换和矩阵力学推出的:一个微观粒子的共轭量(如位置和动量、方位角和动量矩、时间和能量等),不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定性就越大。

能量最低原理决定了,量子自发的、普遍的处于量子态叠加的状态,所谓量子态的叠加也就是没有确定的状态。所以,不确定性是量子的内秉属性,并非是测量的原因,反而确定性才是由测量导致的。海森堡曾说:“在因果律的陈述中,即'若确切地知道现在,就能预见未来’,所错误的并不是结论,而是前提。我们不能知道现在的所有细节,是一种原则性的事情。”也就是说可以从一个结果通过实验精确的推算过去,但却由于现在的不确定性无法预见未来。不确定性原理揭示了:不可能知道现在的确切信息,没有真理性的前提是宇宙的基本原则。因此,形式逻辑永远不可能找到绝对的大前提,辩证逻辑也根本不存在成立的基础。

“量子隧穿”,是基于不确定性原理的一个典型的量子效应,指的是微观粒子能够概率性的穿入或穿越位势垒【大于粒子能量的位(势)能】的量子行为。通俗的说,量子隧穿效应就是微观粒子可以越过原本不可能突破位势垒。按照经典物理学,如果一个粒子要跳过一个壁垒,就必须要提供大于这个位势垒的能量;但是在量子力学中即使一个粒子本身不具有足够的能量,也会有穿越位势垒的可能性,因为时间-能量的不确定性,这个粒子就有可能暂时获得更多的能量,从而跳过位势垒。比如α衰变的过程,α粒子从原子核中射出,并不需要具有大于原子核束缚的能量。这种现象只能用量子力学的不确定性原理和波函数来解释。同样,霍金辐射——黑洞可以辐射出粒子,也只有不确定性原理才能阐明。

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