但是如果把刚才的宏观世界的小球 , 换成微观世界的电子 , 请问你还能预测出4秒后 , 仪器显示的到底是YES还是NO吗?也许你会觉得 , 如果电子的初始位置与运动速度和刚才的宏观小球一模一样 , 那么4秒以后 , 仪器肯定也会显示YES才对 。 但如果你实际去做这个实验就会发现 , 电子首先就不会老老实实呆在X=0的位置 , 而是在这个位置周围的一个范围内随机出现 , 换言之电子不是处于一个固定的位置 。
电子移动
所以我们就可以针对电子所有可能存在的位置都算出一个概率值 , 这样就形成了一个概率的波函数 , 通过观察可以看出 , 越靠近中间的范围 , 波函数越肥 , 这代表电子出现在中间的概率越大 , 越靠近两边 , 波函数很瘦 , 这代表电子出现在两边的概率很小 。
了解这个知识以后 , 我们依然让电子开始向右边运动 , 我们可以通过技术手段 , 让电子所处的这个范围 , 整体以1米每秒速度前进 , 然后4秒后 , 仪器正式开始检测 。 此时你会发现 , 仪器是否能检测到电子 , 完全属于随机事件 。 我们甚至能计算出 , 4秒以后 , 仪器检测到电子的概率是多少 , 其实就是仪器的检测范围 , 占整个波函数宽度的比值 。 也就是百分之35 , 换言之 , 仪器检测不到电子的概率是百分之65 。
发现电子的概率
这下大家就应该明白为何微观世界很多事情 , 我们都无法给出一个肯定性的结论 , 而必须用概率来诠释了吧 。 因为微观世界的物体 , 一直处于不确定的状态 , 我们根本无法拿到一个完备的微观粒子的初始信息 , 自然也就无法对其未来做一个确定性的预测 。
而且微观世界的诡异之处 , 还远不止这些 , 刚才针对这个电子 , 仪器如果显示了YES , 这意味着说电子肯定处于仪器所检测的范围 , 那也意味着 , 此时电子处于这个范围以外的位置的概率瞬间就会变成0 。 而这也意味着 , 你的测量行为 , 已经改变了波函数的形状 , 原来的波函数比较宽 , 现在瞬间就变窄了 , 这意味着人类的观察行为 , 竟然改变了电子的运动状态 , 这显得非常不可思议 。
观察
也许你会有疑问 , 刚才分析的过程 , 都是仪器显示YES的过程 , 如果仪器显示NO会怎样呢?其实很简单 , 如果仪器显示NO , 这意味着仪器所检测的范围内 , 没有出现电子 , 那么此刻电子只可能出现在波函数的两侧 , 此时的波函数会瞬间变成两部分 , 而这也同样改变了波函数 。 换言之不管你是否观测到电子 , 只要你做了观测 , 电子的波函数就会瞬间发生改变 , 而这就是所谓的波函数坍缩 。
波函数坍缩
在宏观世界里面 , 我去观测一个小球 , 并不会影响到小球的状态 。 但是微观世界里面 , 你的观测行为和粒子的状态会形成强烈的因果关系 。 换言之 , 微观世界里面 , 似乎观测会直接影响微观世界的进程 , 所以才有了这个说法 , 人的意识也许能直接影响微观世界的演化过程 。 这里我们暂时不讨论人的意识能否影响客观世界 , 但是可以确定的是 , 微观世界所遵循的物理规律 , 真的与宏观世界有很大的不同 。
而且微观的不确定性 , 不仅仅体现在空间位置上 , 还体现在速度上 , 也就是任何一个微观粒子 , 此刻的速度是多少 , 也处于一个不确定的值 。 换言之 , 微观粒子此刻的速度 , 其实也是一个范围内的随机值 , 我们可以在这个速度范围内 , 把每一个速度对应的概率值都算出来 , 因此这又会形成一个波函数 。 此时我们相当于拥有了两个波函数 , 第一个波函数用于描述微观粒子所处位置的概率值 , 第二个波函数用于描述微观粒子速度的概率值 。
两个波函数
而这两个波函数如果越窄 , 就意味着对应的物理量测量得越精确 。 比如针对位置波函数来说 , 如果越窄 , 这就说明微观粒子只可能出现在这个极小的范围内 , 那么微观粒子的位置就越确定 。 但是当你把一个微观粒子的速度波函数 , 和位置波函数都测量出来以后 , 你会发现一个惊讶的事实 , 那就是当你把位置波函数弄得很窄时 , 速度波函数会变宽 。 而当你把速度波函数弄得很窄时 , 位置波函数又会很宽 。
也许这样表达非常抽象 , 举一个例子 , 假设此时你有一个容器 , 里面装了一个电子 , 当你的容器远大于这个电子时 , 电子所处的空间范围很广 , 容器里面的任意位置电子都可能出现 , 所以此时电子的位置波函数会很宽 , 位置就很不确定 , 但是此时你却发现 , 电子的速度似乎就确定下来了 , 你能测量出电子的速度信息 , 这意味着此时速度波函数很窄 。
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