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在光学测量中,是借助被观测物体发射出的光子来实现物点对准关系。由于每一个光子只是一小段正弦波列,并不是连续不断的正弦波,因此通过光学系统接受到的每一个光子正弦波列实际上都是由一系列的振幅逐渐减小、频率逐渐增加的正弦波和真流分量所构成,这就是所谓的空间频谱。波列越长,空间频谱的构成状况越简单,基频所占成分越大,基频在空间的分布区域越狭窄。如果发光物体的位置完全不会改变,先后连续发出的光子都保持同相位关系,能够使通过光学系统接受到的系列光子呈现为标准的连续不断的正弦波,(激光就是由保持同相位关系的同频率光子波列所构成。)只要测量时间足够长,在空间分布的频谱就只有直流分量和理论上为一条线的基频所构成,人们就可以通过无限精确的对准基频所处空间位置来对准发出光子的物点。然而这在实际上做不到,发出光子的物点总是不停的变动着位置,在极短暂的时间内发出的光子数量有限,而且也不可能在一个时刻产生出一系列先后时刻的同相位光子波列。要精确反映出物点的瞬态位置,测量时间就必须尽量短,物点发出的光子数量也相应的减少,极限状况下就只有一个光子。由于光学系统接受到的光子数越少,空间频谱的构成状况越繁琐,基频所占成分越小,基频在空间的分布区域越宽。这就使得光学测量的对准精度在到达几个光子的计量程度时,已经在原理上处于不能对准确的极限状况。这即是光学测量中的测不准原理。 在量子力学中,“一个特殊的测不准关系与(q,p)这对变量有关,这里q是粒子的位置坐标而p是粒子的动量,测不准关系可表示为Δq×Δp≥h/(4π)。” 这是因为粒子的位置坐标测量需要静止,而粒子动量的测定需要运动,在达到Δq×Δp<h/(4π)的情况下二者不可兼得。 在电压与电流的测量中,或是在在温度测量中,都要对被测量进行“取样”,这种取样对被测量结果的影响一旦与测量精度相当,测量就处于测不准状况了。而极限状况就是几个基本粒子的增加导致测量精度不能再提高。 对测量原理认识肤浅的人,以为诸如光学的“无损测量”就不涉及能量的转移,或者说能量的转移与测量对象无关,真是笑话。也许进行的测量是进出平衡的能量转移,可是只要有能量转移就必定要对被测量造成状态的不能准确判定。所以,光学中的测不准原理和量子力学中粒子位置量与动量的测不准关系都只是测不准原理的“表现事例”而已。 在《伯克利物理学教程》第四卷“量子力学”第20~21页中特别写到: 对测不准原理涵义的这种解释(注:指测不准关系表示为Δq×Δp≥h/(4π))在量子力学的教科书中是非常普遍的。作者不想坚持说这种解释是完全错误的,但他确实感到它是误人的,而且可能产生严重的误解。它丢掉了基本点,这就是:测不准关系说明了一些限度,超过这些限度经典概念就不能应用。经典力学变量是时间的确定函数并在原则上能够以任意的精确度知道的,用这样的经典动力学变量描述的“经典物理体系”是想象中的虚构体;它在实际世界并不存在。已经做出了的一些实验告诉我们情况就是这样。如果我们将实际体系描述为“经典体系”那么我们就是作了近似,而测不准关系告诉我们的是这种近似适用范围的限度。 从本质上讲,这是物理学无法回避的“动、静”矛盾,以及测量必定要对被测量进行相互作用导致能量转移引起测量到的值不是没有实施测量动作下的状态值。乃是从一般的物质运动规律上面说明了测不准原理的底层道理。它同时也间接地略微揭示了“猫死、猫活”假想实验所讨论的问题。 Ccxdl 2003年12月14日 |