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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

00:00:10.812 --> 00:00:14.686
拓展到普羅大眾文化的物理原理之一

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

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

00:00:22.893 --> 00:00:26.409
從藝文評論到體育播報領域都有

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

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

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

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


00:00:41.759 --> 00:00:46.318
都同時兼具「粒子」和「波」的兩種性質

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

00:00:51.896 --> 00:00:53.147
為了理解它

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

00:00:57.053 --> 00:01:01.857
粒子可在某一時間存在於特定位置

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

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

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%

00:01:13.707 --> 00:01:17.621
而波則是「擾動」在空間中傳播的現象

00:01:17.621 --> 00:01:20.338
就像是湖面上的漣漪

00:01:20.338 --> 00:01:23.767
我們可將「波」視為整體
然後確認其性質

00:01:23.767 --> 00:01:25.933
其中最重要的就是波長

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

00:01:30.460 --> 00:01:33.017
但是我們無法確認波的位置

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

00:01:36.282 --> 00:01:39.099
波長在量子物理學不可或缺的

00:01:39.099 --> 00:01:42.419
因為物體的(物質波)波長與其動量有關


00:01:42.419 --> 00:01:44.024
動量 = 質量 Χ 速度

00:01:44.024 --> 00:01:46.909
一個快速運動的物體具有很大的動量

00:01:46.909 --> 00:01:50.019
伴隨著波長很短的物質波

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

00:01:54.319 --> 00:01:57.156
同樣的，也代表了它的波長很短

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

00:02:00.927 --> 00:02:02.644
如果你丟出一個棒球

00:02:02.644 --> 00:02:07.029
它的波長是1公尺的10的33次方之一

00:02:07.029 --> 00:02:09.364
因為實在是太小了，所以不可能被測到

00:02:09.364 --> 00:02:12.324
但微小的物體，例如原子或電子束

00:02:12.324 --> 00:02:16.142
波長就大到足以用物理實驗量測出來

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

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

00:02:23.101 --> 00:02:25.248
另一方面，我們很容易確知粒子的位置

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

00:02:28.489 --> 00:02:31.600
為了同時得到
一個粒子的位置與動量

00:02:31.600 --> 00:02:33.760
我們需要融合兩種圖像

00:02:33.760 --> 00:02:37.163
創造一個侷限
在很小區域的波圖像

00:02:37.163 --> 00:02:38.800
那該如何進行呢？

00:02:38.800 --> 00:02:41.554
方法是：藉由疊加數個不同波長的的波

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

00:02:46.528 --> 00:02:49.282
當我們將兩個波疊加起來時


00:02:49.282 --> 00:02:52.055
波峰對齊的地方會形成更高的波峰

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

00:02:55.821 --> 00:02:58.279
結果就是有些地方我們看得到波

00:02:58.279 --> 00:03:01.106
另一些地方，則什麼都沒有

00:03:01.106 --> 00:03:02.590
如果我們再加上第三個波

00:03:02.590 --> 00:03:05.709
那些波被抵銷的區域變大了

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

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


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

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

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

00:03:25.851 --> 00:03:28.223
物體並非侷限在一個單一位置上

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

00:03:32.878 --> 00:03:35.586
我們透過疊加多個波得到波包


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

00:03:41.302 --> 00:03:44.740
導致位置與動量都無法精確測量

00:03:44.740 --> 00:03:46.816
這都與測不準原理有關

00:03:46.816 --> 00:03:49.209
如果你想更精確的測量位置

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

00:03:52.628 --> 00:03:54.865
波數增加使動量更不確定

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


00:03:58.047 --> 00:04:01.012
結果位置就更不確定

00:04:01.012 --> 00:04:03.221
這就是海森堡測不準原理

00:04:03.221 --> 00:04:08.207
最初由德國物理學家
Werner Heisenberg 於1927 年提出

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

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

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

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

00:04:23.730 --> 00:04:28.370
已被建入宇宙基本構造之中