科技之徒
场
戏说不确定原理
1900年，德国理论物理学家Max Karl Ernest Ludwig Plunck（23 April 1858~04 October1947）提出了著名的量子理论学说，在他那篇论文中，Plunck第一次提出了quanta的概念，就是所谓的量子，量子力学-Quantum Mechanics即来源于此。并因对量子力学开拓性的贡献，而获得1918年的诺贝尔物理学奖。这一概念的提出，为人类重新认识超微观世界开辟了一条通途。其后多年，很多物理大家凭借对量子力学领域的探索性研究而获诺奖。所以称其为量子力学鼻祖，那是名副其实的。
Max Karl Ernst Ludwig Planck （1858.04.23~1947.10.04）The Nobel Prize in Physics 1918，Photo from the Nobel Foundation archive
另一个理论物理的晚辈大师Werner Heisenberg（1901.12.05~1976.02.01）【在研究量子理论的基础上，提出了“不确定原理”：Uncertainty principle, also called Heisenberg uncertainty principle or indeterminacy principle, statement, articulated (1927) by the German physicist Werner Heisenberg, that the position and the velocity of an object cannot both be measured exactly, at the same time, even in theory. The very concepts of exact position and exact velocity together, in fact, have no meaning in nature. 简而言之，也就是一个物体的位置和速率不能同时准确测定。一时间轰动物理界。这个原理颠覆了十八世纪到十九世纪，法国一位大师Pierre-Simon Laplace（1749.03.23~1827.03.05）提出的确定论思想。Laplace曾经很自信地回答法兰西皇帝拿破仑的问题，只要掌握了一套描述整个宇宙运行规律的定律，他可以从理论上预测宇宙未来的任何状态。提出不确定原理的时候，Heisenberg还是个二十郎当岁的年轻科学家呢，而Laplace却是一个誉满全球的科学大家，Heisenberg竟敢太岁头上动土，而且赢了。不能不说欧洲科学民主思想的伟大，也可见为啥科学的发展能在欧洲开始并且发扬光大起来。【同时间，中国留学欧洲的留学生们正在风花雪月，争风吃醋，跑到欧洲研究国学呢。】
Werner Heisenberg（1901.12.05~1976.02.01）
什么叫做不确定原理呢？文绉绉地讲：人类测量和感知宇宙的方法，都离不开光-包括可见和不可见的光，根据量子力学，光具有波粒二相性。啥叫波粒二相性呢？就是当你看它象波的时候，它就显示其粒子特性给你看，当你看它象粒子的时候，它就显示其波的属性给你看。用Stephen Hawking（1942.01.08~2018.03.14）话讲，波或粒子都是人类为了方便研究而强加给这些研究对象的一种描述而已，这些描述并非这些对象所必须固有。形象地说，就像一个动物的名字那样，并非人家天生就有的，那是人类为了方便自己强加给它们的。言归正传，描述波的参数有波幅，波长，频率，相角。在量子（quanta）世界，量子也具有波粒二相性，千万不要认为量子是粒子！这就是中文表达的有限性了，没法造字。每一种量子，photon, graviton, etc. 都是虚拟的（这是霍金在其《时间简史》中说的），没有质量但有能量！其能量由普朗克常数乘以其频率决定。因此，当我们用光来测量和感知测量对象时，根据力学基本定律和能量守恒定律，这个测量对象已经被用来测量的光扰动过了，或多或少而已。这个“多少”受测量用的光的频率控制。
广义相对论已经明确，光速在space-time里是个常数，所以，一束光的频率越高，波长越短，其能够测量到被测对象的位置也就越准确。可是问题来了，由于这个用来的光束的频率很高，所以其携带的能量也就越高，从而它对被测对象的干扰就越大，所以对所测对象的速率测量就越不准确了。反之，如果测量所用光束的频率低，它所携带的能量就小，对所测对象的干扰就小，那么对其速率的测量也就相对准确。问题在于，低频率光线的波长比较长了，它对被测对象的位置测量精度自然降低了。所以Werner Heisenberg给出了一个最小综合不确定值
。人类对宇宙的感知和测量的数据，都是大约莫而已，区别在于谁约莫得更准确一点。
说完正题，那么就该开始咱们的戏说了。其实有个很好玩的比喻可以用来理解Heisenberg的不确定原理：抗日战争时期，活跃在敌后的武工队很让日本鬼子头痛，很多抗日神剧集中反映那段岁月。日本鬼子呢，就想搞清楚这些敌后武工队的位置和活动速度，怎么搞呢？靠侦察和汉奸告密。如果侦察和告密活动搞得风风火火，在这些被侦察对象没反应过来之前，就出现在他们面前，那么这些敌后武工队的位置是搞清楚了，可是他们的活动速度就很难搞清楚了。因为侦察太快，打草惊蛇了，引起了他们的警觉，他们的规律很大可能由此而改变。那么侦察的太慢，可能搞清楚了他们的活动速度，但是他们的具体位置又很难搞清楚。因为等你确定好敌后武工队活动速度后，由于侦察行动太慢，等你调兵遣将准备好了以后，武工队的具体位置早就不知道到哪里去了。
大伙儿别觉得这个原理简单，爱因斯坦至死不接受，他那句“上帝不掷骰子”的名言就是针对这个理论说的。个人认为，这个不确定原理其实是对目前人类探索世界的能力而言，至于将来会发生什么，谁也不知道。所以呢，我觉得爱因斯坦不接受这个理论完全可以理解。简而言之，你不知道和你没法知道的存在，不代表就不存在！这也就是为什么理论物理依然还在不断发展。
而且，如果比较Laplace的确定论说法和这个不确定原理，我们会发现，Laplace用了个很大的假设，即“能够描述宇宙运行的物理规律完整方程存在的情况下，他可以理论上准确预测宇宙未来发展状态”。这实际上是个假说罢了。不确定理论根植于量子理论，将来会有什么理论，没有人说得清，所以不能对二者下绝对结论。就像交直流电之争。
我认为爱因斯坦说的很好，虽然量子力学反复被证明是正确的，但是对亚原子尺度的研究目前都是瞎子摸象，只管窥到其中一部分真理。
任何一件事物也是，有确定的一面，也有不确定的一面。例如一个人站在繁华街道的某处，在某时有个车辆从眼前经过。这件事对这个观察者是随机的，但对开车的人却是确定的。同样的事，既有确定的一面也有随机的一面。