1
00:00:06,685 --> 00:00:10,812
海森堡測不準原理，或"不確定性原理"
是少數可以從量子物理領域

2
00:00:10,812 --> 00:00:14,686
拓展到普羅大眾文化的物理原理之一

3
00:00:14,686 --> 00:00:18,112
它指出我們無法既確定一個物體的位置

4
00:00:18,112 --> 00:00:22,893
又同時精準測得這它的速率。
這在許多領域被當成隱喻使用

5
00:00:22,893 --> 00:00:26,409
從藝文評論到體育播報領域都有

6
00:00:26,409 --> 00:00:29,429
測不準原理常常被認為源自於測量行為

7
00:00:29,429 --> 00:00:34,561
測量物體位置的動作
同時會改變其速度，反之亦然

8
00:00:34,561 --> 00:00:38,378
但是真正的原理更加深奧
也更加驚奇有趣

9
00:00:38,378 --> 00:00:41,759
之所以會有測不準原理
是因為宇宙中的任何東西


10
00:00:41,759 --> 00:00:46,318
都同時兼具「粒子」和「波」的兩種性質

11
00:00:46,318 --> 00:00:51,888
在量子力學中，一個物體的
確切位置和速度是沒有意義的

12
00:00:51,896 --> 00:00:53,147
為了理解它

13
00:00:53,147 --> 00:00:57,053
我們需要釐清一下：
表現得像「粒子」或像「波」的含意

14
00:00:57,053 --> 00:01:01,857
粒子可在某一時間存在於特定位置

15
00:01:01,857 --> 00:01:05,286
我們能利用在特定位置
發現此物體的機率圖形

16
00:01:05,286 --> 00:01:09,030
來呈現這個定義
圖形上會有一個高峰值

17
00:01:09,030 --> 00:01:13,707
物體在某個特定位置
出現的機率是 100%，在他處則都是 0%

18
00:01:13,707 --> 00:01:17,621
而波則是「擾動」在空間中傳播的現象

19
00:01:17,621 --> 00:01:20,338
就像是湖面上的漣漪

20
00:01:20,338 --> 00:01:23,767
我們可將「波」視為整體
然後確認其性質

21
00:01:23,767 --> 00:01:25,933
其中最重要的就是波長

22
00:01:25,933 --> 00:01:30,460
波長是相鄰兩個波峰或波谷之間的距離

23
00:01:30,460 --> 00:01:33,017
但是我們無法確認波的位置

24
00:01:33,017 --> 00:01:36,282
波在各種不同的位置出現的機率都很大

25
00:01:36,282 --> 00:01:39,099
波長在量子物理學不可或缺的

26
00:01:39,099 --> 00:01:42,419
因為物體的(物質波)波長與其動量有關


27
00:01:42,419 --> 00:01:44,024
動量 = 質量 Χ 速度

28
00:01:44,024 --> 00:01:46,909
一個快速運動的物體具有很大的動量

29
00:01:46,909 --> 00:01:50,019
伴隨著波長很短的物質波

30
00:01:50,019 --> 00:01:54,319
很重的物體即使動得不快
仍具有很大的動量

31
00:01:54,319 --> 00:01:57,156
同樣的，也代表了它的波長很短

32
00:01:57,156 --> 00:02:00,927
這就是我們無法察覺
日常物體波動性質的原因

33
00:02:00,927 --> 00:02:02,644
如果你丟出一個棒球

34
00:02:02,644 --> 00:02:07,029
它的波長是1公尺的10的33次方之一

35
00:02:07,029 --> 00:02:09,364
因為實在是太小了，所以不可能被測到

36
00:02:09,364 --> 00:02:12,324
但微小的物體，例如原子或電子束

37
00:02:12,324 --> 00:02:16,142
波長就大到足以用物理實驗量測出來

38
00:02:16,142 --> 00:02:19,475
如果我們有一個純粹的波
就可以測量它的波長

39
00:02:19,475 --> 00:02:23,101
進而算出它的動量
但是卻無法測出它的確實位置

40
00:02:23,101 --> 00:02:25,248
另一方面，我們很容易確知粒子的位置

41
00:02:25,248 --> 00:02:28,489
但它卻並沒有波長
所以我們不知道它的動量大小

42
00:02:28,489 --> 00:02:31,600
為了同時得到
一個粒子的位置與動量

43
00:02:31,600 --> 00:02:33,760
我們需要融合兩種圖像

44
00:02:33,760 --> 00:02:37,163
創造一個侷限
在很小區域的波圖像

45
00:02:37,163 --> 00:02:38,800
那該如何進行呢？

46
00:02:38,800 --> 00:02:41,554
方法是：藉由疊加數個不同波長的的波

47
00:02:41,554 --> 00:02:46,528
因為一個波一種動量
這代表賦予物體具備不同動量的可能性

48
00:02:46,528 --> 00:02:49,282
當我們將兩個波疊加起來時


49
00:02:49,282 --> 00:02:52,055
波峰對齊的地方會形成更高的波峰

50
00:02:52,055 --> 00:02:55,821
在另外一些位置
因波峰與波谷對齊而相互抵銷

51
00:02:55,821 --> 00:02:58,279
結果就是有些地方我們看得到波

52
00:02:58,279 --> 00:03:01,106
另一些地方，則什麼都沒有

53
00:03:01,106 --> 00:03:02,590
如果我們再加上第三個波

54
00:03:02,590 --> 00:03:05,709
那些波被抵銷的區域變大了

55
00:03:05,709 --> 00:03:09,891
加上第四個，持續變大
而有波的區域逐漸變窄

56
00:03:09,891 --> 00:03:13,089
如果我們持續疊加更多的波
就能得到一個波包


57
00:03:13,089 --> 00:03:16,168
在一個很小的區域內有一個確定的波長

58
00:03:16,168 --> 00:03:20,224
這就得到了一個
同時擁有波與粒子屬性的物體

59
00:03:20,224 --> 00:03:25,851
但是這樣一來
位置和動量都無法準確測得

60
00:03:25,851 --> 00:03:28,223
物體並非侷限在一個單一位置上

61
00:03:28,223 --> 00:03:32,878
在波包內的範圍裡
我們發現物體的機率都很高

62
00:03:32,878 --> 00:03:35,586
我們透過疊加多個波得到波包


63
00:03:35,586 --> 00:03:41,302
意味著我們就有可能找到
與其中一個物體相對應的動量

64
00:03:41,302 --> 00:03:44,740
導致位置與動量都無法精確測量

65
00:03:44,740 --> 00:03:46,816
這都與測不準原理有關

66
00:03:46,816 --> 00:03:49,209
如果你想更精確的測量位置

67
00:03:49,209 --> 00:03:52,628
就得用更多的波疊加起來，
加以建造出更小的波包

68
00:03:52,628 --> 00:03:54,865
波數增加使動量更不確定

69
00:03:54,865 --> 00:03:58,047
如果你想更明確的得到動量值
就需要一個更大的波包


70
00:03:58,047 --> 00:04:01,012
結果位置就更不確定

71
00:04:01,012 --> 00:04:03,221
這就是海森堡測不準原理

72
00:04:03,221 --> 00:04:08,207
最初由德國物理學家
Werner Heisenberg 於1927 年提出

73
00:04:08,207 --> 00:04:12,353
這種測不準的特性與測量的精確度無關

74
00:04:12,353 --> 00:04:17,107
是結合波和粒子
兩種性質之後不可避免的結果

75
00:04:17,107 --> 00:04:20,663
測不準原理不僅僅
是測量上的實際限制

76
00:04:20,663 --> 00:04:23,730
它是物體只能表現出
一種(波或粒子)性質的限制

77
00:04:23,730 --> 00:04:28,370
已被建入宇宙基本構造之中