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如果光子的速度是恒定的,為什麽我們無法測量它的位置?

2024-08-09科學

根據海森堡不確定性原理,不可能同時測量粒子的位置和速度。 例如,有一種觀點認為,如果一個人測量粒子的速度,第二個人測量粒子的位置,就有可能達到精確度。 我們知道這是不可能的,但還有一種更有趣的情況——真空中的光子有一定的速度, 那麽就有可能知道確切的座標嗎?

光子是與電磁輻射相關的 "最小能量",它是電子在一種允許的原子態與另一種允許的原子態之間轉換時發射或吸收的。 但這種輻射隨後會以恒定的速度在真空中以電磁波的形式傳播。

理解上的困難在於,這種描述是非直觀的,因為我們對自然界的直覺總是與我們對物體及其運動方式的經驗有關。 因此,當我們說一個光子由一個原子(在光源中)發射,然後被另一個原子(在探測器中)吸收時,我們往往會把它想象成一個發光的小光球或在太空中移動的東西。

光子是能量

但這種視覺化是基於我們對物體運動的經典看法。 它並不能連貫地描述光的傳播。 光在空間傳播的現象是一種電磁波,而不是一束光子(盡管我們經常這樣描述)。 但這種電磁輻射是由單個原子以能量單位發出的,我們稱之為 "光子"。 對此,我們無法進行經典的類比,這是一個完全不同的過程。

因此,光子並不是微小的光粒子, 它是每個原子轉變所釋放的能量。 能量與原子發出的輻射頻率成正比 如果很多原子都發生了這種轉變,那麽這個光源就會發出很多光子,我們就會看到發出的光的強度在增加。

對光子本質的理解還意味著一個主要原則——不確定性並不包括拿一個光子球去測量它的參數, 不確定性意味著量子粒子不是物理粒子。

因此,光子和任何其他粒子的特性表現都會形成不確定性。 想象一下,在一片不可思議的雲層中,不斷有什麽事情發生。 假設有蒼蠅圍繞著小屋的燈泡飛來飛去。 如果我們捕捉到一只蒼蠅,我們就能知道它的位置,但卻無法知道它的飛行速度。 量子粒子也不是粒子。 它是一個概率場,對它的測量形成了粒子本身及其參數。 在這種情況下,說所有參數都可以測量是絕對不恰當的。

因此,光子在真空中存在特定的速度,並不能認為它的位置是精確測量到的。