量子力学两大支柱之一如何提出 海森堡和其不确定性原理

海森堡的不确定性原理是量子力学的重要基石之一。它揭示了在微观世界中，测量一个粒子的位置和动量的准确值是不可能同时得到的。这个原理的发现可以追溯到1926年，由德国物理学家维尔纳·卡尔·海森堡提出。

海森堡是量子力学的主要创始人之一，他的矩阵力学为量子力学的发展做出了重要贡献。海森堡的理论受到了其他物理学家的质疑，特别是与薛定谔的波动力学相比较时。

在一次与爱因斯坦的长时间对话中，爱因斯坦提出了“是理论决定了我们能看到什么”的观点，而海森堡则颇有感触地提出了“是理论决定了我们看不到什么”的思考。他开始思考自己的矩阵力学为何无法给出微观粒子连续的轨迹，而是提供了抽象的量子跃迁。

1927年，当海森堡独自思考时，他突然想到了一个关键点：他的矩阵力学解释了为什么我们无法同时准确地知道粒子的位置和动量。他通过进一步的计算，得出了测不准原理：测量粒子的位置和动量的误差乘积大于等于一个常数。

换言之，海森堡认识到我们无法精确测量粒子的位置和动量，测量一个属性会对另一个属性产生干扰。例如，如果要准确测量一个电子的位置，就需要使用波长更短的伽玛射线，但这会导致电子的动量产生大的不确定性。反过来，如果我们想要测量电子的准确动量，就需要使用波长较长的光子，但这会使我们无法确定电子的位置。

海森堡于1927年3月将测不准原理写成了一篇论文，并寄给了他的同事波尔。波尔在度假期间提出了互补原理，解决了波粒二象性的矛盾。根据互补原理，波动性和粒子性在描述微观粒子时是互斥的，但在更高层次上是统一的。

海森堡的不确定性原理和波尔的互补原理共同构成了量子力学的基础。它们揭示了微观世界的奇特性质和人类认知的局限性。这些原理的发现改变了我们对物质世界的理解，推动了现代物理学的发展。

尽管海森堡的矩阵力学在当时受到了冷落，但不确定性原理的提出以及后来的量子力学理论，为我们揭示了微观世界的奥秘。今天，不确定性原理仍然是量子力学的重要基石之一，也是我们认识和探索自然界的重要窗口。