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什麼是海森堡測不準原理? - Chad Orzel

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    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
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    拓展到普羅大眾文化的物理原理之一
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    它指出我們無法既確定一個物體的位置
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    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
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    從藝文評論到體育播報領域都有
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    測不準原理常常被認為源自於測量行為
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    測量物體位置的動作
    同時會改變其速度，反之亦然
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    但是真正的原理更加深奧
    也更加驚奇有趣
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    之所以會有測不準原理
    是因為宇宙中的任何東西
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    都同時兼具「粒子」和「波」的兩種性質
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    在量子力學中，一個物體的
    確切位置和速度是沒有意義的
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    為了理解它
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    我們需要釐清一下：
    表現得像「粒子」或像「波」的含意
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    粒子可在某一時間存在於特定位置
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    我們能利用在特定位置
    發現此物體的機率圖形
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    來呈現這個定義
    圖形上會有一個高峰值
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    物體在某個特定位置
    出現的機率是 100%，在他處則都是 0%
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    而波則是「擾動」在空間中傳播的現象
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    就像是湖面上的漣漪
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    我們可將「波」視為整體
    然後確認其性質
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    其中最重要的就是波長
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    波長是相鄰兩個波峰或波谷之間的距離
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    但是我們無法確認波的位置
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    波在各種不同的位置出現的機率都很大
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    波長在量子物理學不可或缺的
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    因為物體的(物質波)波長與其動量有關
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    動量 = 質量 Χ 速度
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    一個快速運動的物體具有很大的動量
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    伴隨著波長很短的物質波
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    很重的物體即使動得不快
    仍具有很大的動量
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    同樣的，也代表了它的波長很短
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    這就是我們無法察覺
    日常物體波動性質的原因
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    如果你丟出一個棒球
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    它的波長是1公尺的10的33次方之一
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    因為實在是太小了，所以不可能被測到
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    但微小的物體，例如原子或電子束
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    波長就大到足以用物理實驗量測出來
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    如果我們有一個純粹的波
    就可以測量它的波長
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    進而算出它的動量
    但是卻無法測出它的確實位置
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    另一方面，我們很容易確知粒子的位置
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    但它卻並沒有波長
    所以我們不知道它的動量大小
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    為了同時得到
    一個粒子的位置與動量
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    我們需要融合兩種圖像
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    創造一個侷限
    在很小區域的波圖像
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    那該如何進行呢？
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    方法是：藉由疊加數個不同波長的的波
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    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
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    當我們將兩個波疊加起來時
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    波峰對齊的地方會形成更高的波峰
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    在另外一些位置
    因波峰與波谷對齊而相互抵銷
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    結果就是有些地方我們看得到波
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    另一些地方，則什麼都沒有
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    如果我們再加上第三個波
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    那些波被抵銷的區域變大了
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    加上第四個，持續變大
    而有波的區域逐漸變窄
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    如果我們持續疊加更多的波
    就能得到一個波包
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    在一個很小的區域內有一個確定的波長
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    這就得到了一個
    同時擁有波與粒子屬性的物體
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    但是這樣一來
    位置和動量都無法準確測得
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    物體並非侷限在一個單一位置上
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    在波包內的範圍裡
    我們發現物體的機率都很高
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    我們透過疊加多個波得到波包
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    意味著我們就有可能找到
    與其中一個物體相對應的動量
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    導致位置與動量都無法精確測量
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    這都與測不準原理有關
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    如果你想更精確的測量位置
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    就得用更多的波疊加起來，
    加以建造出更小的波包
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    波數增加使動量更不確定
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    如果你想更明確的得到動量值
    就需要一個更大的波包
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    結果位置就更不確定
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    這就是海森堡測不準原理
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    最初由德國物理學家
    Werner Heisenberg 於1927 年提出
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    這種測不準的特性與測量的精確度無關
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    是結合波和粒子
    兩種性質之後不可避免的結果
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    測不準原理不僅僅
    是測量上的實際限制
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    它是物體只能表現出
    一種(波或粒子)性質的限制
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    已被建入宇宙基本構造之中
Title:
什麼是海森堡測不準原理? - Chad Orzel
Speaker:
Chad Orzel
Description:

海森堡測不準原理 (亦譯「不確定性原理」) 指出，你永遠無法同時確切測知一個物體的位置與速度。為什麼不行呢？因為宇宙中所有物質都兼具粒子與波兩種性質。Chad Orzel將介紹這個複雜的量子物理學概念。
課程設計：Chad Orzel、動畫製作：Henrik Malmgren
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:44

Chinese, Traditional subtitles

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