不确定性关系课件.ppt

3-5 第十七章第十七章 第五课第五课 不确定关系不确定关系不确定关系不确定关系 Uncertainty relationUncertainty relation 滕保丽滕保丽滕保丽滕保丽薛定谔的猫薛定谔的猫薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。单缝单缝屏屏激激光光单缝单缝屏屏激激光光二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）有运动轨道直线有运动轨道直线有运动轨道直线有运动轨道直线打在缝后的屏上打在缝后的屏上打在缝后的屏上打在缝后的屏上光子是经典的粒子吗光子是经典的粒子吗？我们还能像经典力学我们还能像经典力学那样，同时用位置和那样，同时用位置和动量描述微观粒子的动量描述微观粒子的运动吗？运动吗？单缝单缝屏屏激激光光二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）y条纹具有什么特点条纹具有什么特点？形成这种特点的原形成这种特点的原因是什么？因是什么？单缝单缝屏屏激激光光二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）y在挡板左侧，入射粒子在挡板左侧，入射粒子的动量我们能不能准确的动量我们能不能准确的测量出来？的测量出来？某一个粒子打在挡板左某一个粒子打在挡板左侧的位置是随机的，那侧的位置是随机的，那这个粒子的位置能不能这个粒子的位置能不能确定下来？确定下来？单缝单缝屏屏激激光光二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）y通过狭缝时，粒子的位通过狭缝时，粒子的位置确定吗？如果不确定，置确定吗？如果不确定，那他的不确定度怎么衡那他的不确定度怎么衡量？量？通过狭缝时粒子的动量通过狭缝时粒子的动量确定吗？如果不确定，确定吗？如果不确定，他的不确定度怎么衡量他的不确定度怎么衡量？狭缝变窄，位置和动量狭缝变窄，位置和动量的不确定度怎么变化的不确定度怎么变化?单缝单缝屏屏激激光光二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）y结论：结论：1、微观粒子的位置测、微观粒子的位置测得越准确，动量就越不得越准确，动量就越不准确。动量测得越准确，准确。动量测得越准确，位置就越不准确。位置就越不准确。这个关系叫做这个关系叫做不确定度关系不确定度关系不确定度关系不确定度关系 由德国物理学家由德国物理学家由德国物理学家由德国物理学家,量子力学矩量子力学矩量子力学矩量子力学矩阵形式的创建人阵形式的创建人阵形式的创建人阵形式的创建人,1932,1932年获诺贝年获诺贝年获诺贝年获诺贝尔物理学奖获得者海森堡所提尔物理学奖获得者海森堡所提尔物理学奖获得者海森堡所提尔物理学奖获得者海森堡所提出。出。出。出。(19011976)二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（二、不确定度关系（uncertainty relatoinuncertainty relatoin）不确定关系不确定关系式式表明：表明：微观粒子的坐标测得愈准确微观粒子的坐标测得愈准确(x0)，动量，动量就愈不准确就愈不准确(px)；微观粒子的动量测得愈准确微观粒子的动量测得愈准确(px0)，坐标就愈，坐标就愈不准确不准确(x)。但这里要注意，不确定关系但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能而是说微观粒子的坐标和动量不能同时同时测准。测准。2.2.微观本质：微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。计规律的必然结果。我们知道，原子核的数量级为我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。说没有实际意义。例例1.1.一颗质量为一颗质量为1010g g 的子弹，具有的子弹，具有200m200ms s-1-1的速率，的速率，若若其其动动量量的的不不确确定定范范围围为为动动量量的的0.0.01%(01%(这这在在宏宏观观范范围围是是十十分分精精确确的的了了)，则则该该子子弹弹位位置置的的不不确确定定量量范范围围为为多多大大?解:子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围我我们们知知道道原原子子大大小小的的数数量量级级为为10-10m，电电子子则则更更小小。在在这这种种情情况况下下，电电子子位位置置的的不不确确定定范范围围比比原原子子的的大大小小还还要要大大几几亿亿倍倍，可可见见企企图图精精确确地地确确定定电电子子的的位位置置和和动动量已是没有实际意义。量已是没有实际意义。例例2 2.一电子具有一电子具有200 m/s200 m/s的速率，动量的不确定的速率，动量的不确定范范围围为为动动量量的的0.0.01%(01%(这这已已经经足足够够精精确确了了)，则则该该电电子子的位置不确定范围有多大的位置不确定范围有多大?解:电子的动量为动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围既然我们无法同时确定微观粒子的位既然我们无法同时确定微观粒子的位置和动量，微观粒子具有不确定性，置和动量，微观粒子具有不确定性，那是不是我们的研究就失去了意义？那是不是我们的研究就失去了意义？自然科学并不是自然本身，它是自然科学并不是自然本身，它是人类和自然关系的一部分。人类和自然关系的一部分。海森堡海森堡这些模型是不是真实的自然？这些模型是不是真实的自然？量子力学是我们百年来科技发展最大的支柱，毫不夸张地说，它改变了我们整个世界，从改变这个世界的深度和远度来讲，它一点都不逊色于1927年开的会，不逊色于这之前的第一次世界大战，更不会逊色于之后的第二次世界大战，因为直到现在它还在改变着我们的世界。半导体、计算机、激光互联网、量子卫星、原子核、核能，量子力学改变了如此多，对世界产生如此深远的影响，但是从量子力学诞生的第一天起，它的缔造者之一爱因斯坦，我们的老先生就开始在那反对量子力学，他说量子力学至少不是全部正确的。即便到现在，100年过去了，对于量子图景，物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激烈的争论，就连爱因斯坦在晚年也只好承认：整整50年的有意识的思考，并没有使我更接近光量子是什么，这个问题的答案。我想也许是有一个更新的理论能够证实，更新的理论就像相对论替代牛顿力学一样，有一个更新、更全的理论可以替代量子力学。相信有一天薛定谔哪只可怜的猫能活着出来相信有一天薛定谔哪只可怜的猫能活着出来。1、答：例如，火车以一定的速度在一定、答：例如，火车以一定的速度在一定时刻经过某站，可以准确确定某位置和动时刻经过某站，可以准确确定某位置和动量。量。2、答：电子在原子核外运动，其位置和、答：电子在原子核外运动，其位置和动量具有不确定关系，牛顿运动定律不再动量具有不确定关系，牛顿运动定律不再成立。成立。3、答：这种说法不正确。虽然我们不能同、答：这种说法不正确。虽然我们不能同时准确的知道某个粒子的位置和动量，但粒子时准确的知道某个粒子的位置和动量，但粒子的运动有规律可循，那就是统计规律。比如干的运动有规律可循，那就是统计规律。比如干涉，衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位涉，衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置。置。4、答：光子的不确定量变大。因为在光的、答：光子的不确定量变大。因为在光的单缝衍射实验中，狭缝变窄时，屏上中央亮条单缝衍射实验中，狭缝变窄时，屏上中央亮条纹变宽，衍射现象更明显。纹变宽，衍射现象更明显。