不确定性原理,是量子力学中最基础、最核心的一条原理。不确定性原理跟哥本哈根诠释其实是一回事。
不确定性原理说,我们无法同时精确测量一个满足量子力学规律的微观粒子的位置和速度。当你把它的位置测量得很准的时候,就无法精确测量其速度,反之亦然。最早的时候,我们之所以用概率的语言和波函数去描述量子系统,是因为量子系统具有不确定性,完全不可精确预测一个原子里电子围绕原子核运动的轨迹。
即便如此,不确定性原理所表达的内容仍然令人十分费解。这些微观粒子不就是体积很小的球吗?怎么会出现位置和速度无法同时确定的情况呢?任何一个宏观物体都可以同时确定其速度和位置,为什么到了微观粒子就无法确定了呢?
理解这个问题的关键在于对微观粒子的认知,我们认为:微观粒子就是一个小到只有千分之一纳米的小球。问题就出在这个“是”字上,当我们说出“微观粒子就是个小球”时,我们对于这个“是”字,是没有经过检验的。
我们通过实验,比如将电子打在铺满荧光粉的墙面上,发现墙面上电子的形象就是一个很小的点,于是默认电子必然是一个很小的球。但是将电子打在墙面上是一个测量过程,这个测量过程告诉我们小球的位置信息。当测量电子的位置时,它的空间属性是个小球。但测量速度时,我们无法确定在以一定速度运动的过程中,电子是否还是一个小球的形态。
如果抛开“电子是一个小球”的执念,我们就能更好地理解无法同时将两个性质测准这件事。在宏观世界里,这样的情况很普遍。比如,体能测试里有两个指标是测心肺功能的:一个是肺活量,另一个是激烈运动后的心率。很显然,这两个指标是无法同时测准的,肺活量必须在身体平静的情况下测量,激烈运动后的心率必然是在激烈运动后,比如跑两圈后再测量。因此,肺活量的测量和激烈运动后心率的测量是不兼容的,你不会觉得这有什么难以理解的。