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根據量子不確定性,石頭會突然變成鴨子嗎?

量子不確定性:石頭會變成鴨子嗎?

量子理論不允許石頭突然變成鴨子,它也不允許任何其他奇怪的轉變發生。那些誤解量子理論的人讓這種奇怪的虛構想法一直延續至今。量子理論的基礎是粒子的不確定性——我們不可能同時知道一個粒子的確切位置和動量。此外,量子粒子的精確位置和動量甚至不同時存在。

量子力學的不確定性不是測量限度的結果,而是每個量子物體本身固有的。我們越試圖捕獲一個電子,迫使它有一個更明確的位置,那麼它的動量就越不確定,這種不確定性意味著量子粒子可能會出現在意想不到的地方。它的目的地越出乎意料,它就越不可能到達那裡,但機率永遠不會為零。

不確定性原理

之前提到的虛構想法,其推理是這樣的,因為石頭是由量子粒子(電子、質子和中子)構成的,而且量子粒子可以根據不確定原理做出意想不到的事情,所以石頭就可以突然變成一隻鴨子。根據這一推理,石頭變成鴨子的機率很低,所以它幾乎不會發生,但它在物理上是可能的,假如我們等得足夠久,它就會發生。但這種推理是錯誤的,因為把不確定性原理應用到大型物體上是不行的。

不確定原理只適用於單個量子物體和量子物體小型集合。當涉及到數以萬億計的量子物體時,就沒有不確定性了。一萬億個原子的行為不僅僅是一個原子的行為乘以一萬億,這是因為原子之間存在相互作用。舉個例子,一個生日聚會上10個孩子的行為與10個孩子各自在不同生日聚會上的行為總和是非常不同的。即使是肉眼可見的最小物體,比如一粒沙子,其中也有數萬億的原子。

因此,宏觀尺寸的物體沒有不確定性,無論等待多長時間,都不會出現任何離奇的事情。量子理論根本上是統計學,這意味著單個粒子的不確定性總是存在的,但是對於一個具有統計意義的粒子集合來說,這個系統可以預見地遵循量子理論的方程式。

量子不確定性不能用在宏觀物體上

量子不確定性不是一種神奇的魔法,它無法打破物理定律。守恆定律是基本的通用物理定律,它無處不在,不會被打破。物質/能量守恆表明物質/能量不能被創造或毀滅,只能從一個狀態轉換到另一個狀態。動量守恆說明一個系統的總動量是恆定的,動量不能被創造或毀滅。如果一顆小石子突然轉變成一隻大鴨子,肯定會打破質量/能量守恆定律,因為它包含的物質是無中生有的。如果一塊靜止不動的石頭在沒有外力作用下,突然飛入空中,這就會破壞動量守恆定律,因為它的動量也是無中生有的。

儘管單個粒子中存在不確定性,但物理學的守恆定律和量子理論的統計特性使宇宙以一種極可預測的方式向前演化。總之,無論等待多久,一塊石頭永遠不會因為不確定性原理而變成鴨子。