0:00:07.065,0:00:10.812
海森堡不确定性原理[br]是少数可以从量子物理领域

0:00:10.812,0:00:14.686
拓展到普罗大众文化的物理原理之一。

0:00:14.686,0:00:18.112
它指出人不能既知道一个物体的具体位置，

0:00:18.112,0:00:22.453
又同时知道这个物体的运动速率。[br]它在各个领域被作为隐喻使用，

0:00:22.453,0:00:25.879
无论是从文艺评论，还是到体育评论中都有它的身影。

0:00:26.189,0:00:29.429
不确定性常常被认为是测量时产生的，

0:00:29.429,0:00:34.561
因为对于一个物体位置的测定会改变该物体的速度，[br]反过来也是一样。

0:00:34.561,0:00:38.278
但是真正的原理要更加深奥，并且更加奇妙有趣

0:00:38.278,0:00:41.759
不确定性原理之所以存在[br]是因为宇宙中的任何东西

0:00:41.759,0:00:46.148
都同时表现出「粒子」和「波」的两种性质。

0:00:46.148,0:00:50.458
在量子力学中，[br]一个物体的确切位置和速度

0:00:50.458,0:00:51.896
没有任何意义。

0:00:51.896,0:00:53.147
要理解这一点，

0:00:53.147,0:00:57.053
我们需要知道表现的像「粒子」[br]或是像「波」究竟是什么意思。

0:00:57.053,0:01:01.045
粒子按照其解释，存在于任意瞬间的一个单独的空间里。

0:01:01.045,0:01:05.037
我们可以用像一张鞋钉一样的图案表现它，

0:01:05.037,0:01:09.030
从中我们可以发现要在特定的空间里找到一个物体的概率。

0:01:09.030,0:01:13.637
在某一个特定地点，概率是 100%，[br]在别处则都是 0%。

0:01:13.637,0:01:17.621
而波则是「扰动」在空间中的传播，

0:01:17.621,0:01:20.288
就像是湖面上荡起的涟漪。

0:01:20.288,0:01:23.767
我们可以很容易的将「波」作为一个整体，[br]然后确立它的一些特性。

0:01:23.767,0:01:25.933
其中最重要的，就是波长。

0:01:25.933,0:01:28.390
波长是相邻两个波峰之间，

0:01:28.390,0:01:30.319
或者两个相邻波谷之间的距离。

0:01:30.319,0:01:32.897
但是我们并不能给他分配一个特定的位置。

0:01:32.897,0:01:36.282
波有很大概率处于各种不同的位置。

0:01:36.282,0:01:39.099
波长是量子物理的基础。

0:01:39.099,0:01:42.419
因为一 个物体的波长[br]和它的动量是息息相关的：

0:01:42.419,0:01:44.024
动量 = 质量乘以速度。

0:01:44.024,0:01:46.909
一个快速运动的物体有很大的动量，

0:01:46.909,0:01:49.899
所以波长也就很短。

0:01:49.899,0:01:54.249
一个很重的物体本身具有很大的动量，[br]即使它并没有快速运动。

0:01:54.249,0:01:56.916
同样的，也代表了它的波长很短，

0:01:56.916,0:02:00.767
这也是为什么我们观察不到[br]日常用品的波的性质的原因。

0:02:00.767,0:02:02.644
如果你将一个棒球投掷于空中，

0:02:02.644,0:02:07.029
它的波长是一米的亿分之万亿分之万亿分之一。

0:02:07.029,0:02:09.364
实在是太小了，基本不可能检测到。

0:02:09.364,0:02:12.324
然而，更小的物质[br]比如说原子或者电子，

0:02:12.324,0:02:16.142
则有一个足够大的[br]能在物理实验中测量出的波长。

0:02:16.142,0:02:19.475
所以如果我们有一个纯粹的波，[br]我们就能测量它的波长，

0:02:19.475,0:02:22.921
从而得到它的动量。[br]但是却得不到它的位置。

0:02:22.921,0:02:25.108
我们可以很容易知道一个粒子的位置，

0:02:25.108,0:02:28.569
但它却并没有波长，[br]所以我们也不知道它的动量。

0:02:28.569,0:02:31.600
为了同时得到一个粒子的位置和动量，

0:02:31.600,0:02:33.540
我们需要融合两个图像。

0:02:33.540,0:02:37.163
来创造一个有波的图，[br]然而尽在很小的区域里。

0:02:37.163,0:02:38.650
我们如何来做呢？

0:02:38.650,0:02:41.554
通过将不同波长的波进行融合。

0:02:41.554,0:02:46.528
这就意味着我们的量子物体[br]具有不同动量的可能性。

0:02:46.528,0:02:49.282
当我们让两个波相加时，[br]我们发现有些地方

0:02:49.282,0:02:51.695
两个波的波峰对齐[br]并且组成了一个更大的波。

0:02:51.695,0:02:55.821
然而在另外一些地方，一个波的波峰[br]却叠到了另一个的波谷里。

0:02:55.821,0:02:58.279
结果就是有些地方我们看得到波，

0:02:58.279,0:03:01.106
另一些地方，则什么都没有。

0:03:01.106,0:03:02.590
如果我们再加上第三个波，

0:03:02.590,0:03:05.709
那些波被消减的区域就变大了。

0:03:05.709,0:03:09.891
加上第四个，依旧变大，[br]但波的区域逐渐变窄。

0:03:09.891,0:03:13.089
如果我们持续添加更多的波，[br]我们能得到一个波包：

0:03:13.089,0:03:16.168
在一个很小的区域里[br]有一个确定的波长。

0:03:16.168,0:03:20.224
这就得到了一个同时拥有波的属性[br]和粒子的属性的量子物体。

0:03:20.224,0:03:23.311
但是为了完成这一点，[br]我们得到的位置和动量

0:03:23.311,0:03:25.625
就都不具备确定性了。

0:03:25.625,0:03:28.223
而且它们位置并非规定在一个单独的点上。

0:03:28.223,0:03:30.918
我们有很高的概率[br]在波包内的范围里

0:03:30.918,0:03:32.837
的任何地方找到它。

0:03:32.837,0:03:35.586
我们通过多个波相加的办法[br]得到了这个波包，

0:03:35.586,0:03:38.012
于是我们就有可能找到[br]其中一个位置的量子物体，

0:03:38.012,0:03:41.291
拥有与之相应的动量。

0:03:41.291,0:03:44.530
所以位置和动量现在就都是不确定的了。

0:03:44.530,0:03:46.816
并且这种不确定性是相关联的。

0:03:46.816,0:03:49.209
如果你想降低位置的不确定性，

0:03:49.209,0:03:52.628
就得用更多的波相加，[br]构造一个更小的波包，

0:03:52.628,0:03:54.865
从而导致了一个更大的动量不确定性。

0:03:54.865,0:03:58.047
如果你想更明确的得到动量值，[br]就需要一个更大的波包，

0:03:58.047,0:04:01.012
这样就导致了更大的位置的不确定性。

0:04:01.012,0:04:03.221
这就是海森堡不确定性原理。

0:04:03.221,0:04:08.207
最初被德国物理学家[br]Werner Heisenberg 早在 1927 年提出。

0:04:08.207,0:04:12.589
这种不确定性和测量的好与坏无关，

0:04:12.589,0:04:17.107
是一种结合波和粒子[br]两种性质之后的不可避免的结果。

0:04:17.107,0:04:20.663
不确定性并不仅仅是[br]测量上的实际限制，

0:04:20.663,0:04:23.733
它是一种对于物体只能有一种性质的限制，

0:04:23.733,0:04:28.157
并建立在宇宙本身的基本构成之上。