愛華網(wǎng)又名“測不準(zhǔn)原理”、“不確定關(guān)系”,英文"Uncertaintyprinciple"，是量子力學(xué)的一個(gè)基本原理，由德國物理學(xué)家海森堡于1927年提出。該原理表明：一個(gè)微觀粒子的某些物理量（如位置和動(dòng)量，或方位角與動(dòng)量矩，還有時(shí)間和能量等），不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值，其中一個(gè)量越確定，另一個(gè)量的不確定程度就越大。
測不準(zhǔn)原理早已被證明是正確的。但是關(guān)于測不準(zhǔn)原理的解釋卻存在兩個(gè)較大的分歧：一種觀點(diǎn)認(rèn)為由于在任何精確的測量過程中測量儀器必然會(huì)對測量對象產(chǎn)生影響，測量的越精確這種影響就會(huì)越顯著，這種觀點(diǎn)認(rèn)為客觀實(shí)體卻有其真實(shí)準(zhǔn)確的物理值，只是由于儀器的原因，根本不可能測量精確，這也是愛因斯坦堅(jiān)持的觀點(diǎn)。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為客觀實(shí)體根本沒有其真實(shí)精確的物理值，應(yīng)該說任何客觀實(shí)體都是多元化的，我們所能觀測到的樣子僅僅因?yàn)槲覀冎荒芸吹剿倪@個(gè)樣子，一個(gè)很簡單的例子就是圓的周長，事實(shí)上你可能絕對精確的測出它的值嗎？不可能的，圓周就是在不停的波動(dòng)，無論你精確到什么程度，這種波動(dòng)是永遠(yuǎn)存在的，所以就不可能有準(zhǔn)確值，這是波爾的觀點(diǎn)。
海森伯
海森伯在創(chuàng)立矩陣力學(xué)時(shí)，對形象化的圖象采取否定態(tài)度。但他在表述中仍然需要使用“坐標(biāo)”、“速度”之類的詞匯，當(dāng)然這些詞匯已經(jīng)不再等同于經(jīng)典理論中的那些詞匯?？墒牵烤箲?yīng)該怎樣理解這些詞匯新的物理意義呢？海森伯抓住云室實(shí)驗(yàn)中觀察電子徑跡的問題進(jìn)行思考。他試圖用矩陣力學(xué)為電子徑跡作出數(shù)學(xué)表述，可是沒有成功。這使海森伯陷入困境。他反復(fù)考慮，意識(shí)到關(guān)鍵在于電子軌道的提法本身有問題。人們看到的徑跡并不是電子的真正軌道，而是水滴串形成的霧跡，水滴遠(yuǎn)比電子大，所以人們也許只能觀察到一系列電子的不確定的位置，而不是電子的準(zhǔn)確軌道。因此，在量子力學(xué)中，一個(gè)電子只能以一定的不確定性處于某一位置，同時(shí)也只能以一定的不確定性具有某一速度?？梢园堰@些不確定性限制在最小的范圍內(nèi)，但不能等于零。這就是海森伯對不確定性最初的思考。據(jù)海森伯晚年回憶，愛因斯坦1926年的一次談話啟發(fā)了他。愛因斯坦和海森伯討論可不可以考慮電子軌道時(shí)，曾質(zhì)問過海森伯：“難道說你是認(rèn)真相信只有可觀察量才應(yīng)當(dāng)進(jìn)入物理理論嗎？”對此海森伯答復(fù)說：“你處理相對論不正是這樣的嗎？你曾強(qiáng)調(diào)過絕對時(shí)間是不許可的，僅僅是因?yàn)榻^對時(shí)間是不能被觀察的?！睈垡蛩固钩姓J(rèn)這一點(diǎn)，但是又說：“一個(gè)人把實(shí)際觀察到的東西記在心里，會(huì)有啟發(fā)性幫助的……在原則上試圖單靠可觀察量來建立理論，那是完全錯(cuò)誤的。實(shí)際上恰恰相反，是理論決定我們能夠觀察到的東西……只有理論，即只有關(guān)于自然規(guī)律的知識(shí)，才能使我們從感覺印象推論出基本現(xiàn)象?！?/p>
海森伯在1927年的論文一開頭就說：“如果誰想要闡明‘一個(gè)物體的位置’（例如一個(gè)電子的位置）這個(gè)短語的意義，那么他就要描述一個(gè)能夠測量‘電子位置’的實(shí)驗(yàn)，否則這個(gè)短語就根本沒有意義?！焙Ｉ谡劦街T如位置與動(dòng)量，或能量與時(shí)間這樣一些正則共軛量的不確定關(guān)系時(shí)，說：“這種不確定性正是量子力學(xué)中出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的根本原因?！?/p>
霍金談不確定性原理
-決定論
科學(xué)理論，特別是牛頓引力論的成功，使得法國科學(xué)家拉普拉斯侯爵在19世紀(jì)初論斷，宇宙是完全被決定的。他認(rèn)為存在一組科學(xué)定律，只要我們完全知道宇宙在某一時(shí)刻的狀態(tài)，我們便能依此預(yù)言宇宙中將會(huì)發(fā)生的任一事件。例如，假定我們知道某一個(gè)時(shí)刻的太陽和行星的位置和速度，則可用牛頓定律計(jì)算出在任何其他時(shí)刻的太陽系的狀態(tài)。這種情形下的宿命論是顯而易見的，但拉普拉斯進(jìn)一步假定存在著某些定律，它們類似地制約其他每一件東西，包括人類的行為。
-宿命論
很多人強(qiáng)烈地抵制這種科學(xué)宿命論的教義，他們感到這侵犯了上帝干涉世界的自由。但直到20世紀(jì)初，這種觀念仍被認(rèn)為是科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)假定。這種信念必須被拋棄的一個(gè)最初的征兆，是由英國科學(xué)家瑞利勛爵和詹姆斯·金斯爵士所做的計(jì)算，他們指出一個(gè)熱的物體——例如恒星——必須以無限大的速率輻射出能量。按照當(dāng)時(shí)我們所相信的定律，一個(gè)熱體必須在所有的頻段同等地發(fā)出電磁波（諸如無線電波、可見光或X射線）。例如，一個(gè)熱體在1萬億赫茲到2萬億赫茲頻率之間發(fā)出和在2萬億赫茲到3萬億赫茲頻率之間同樣能量的波。而既然波的頻譜是無限的，這意味著輻射出的總能量必須是無限的。
-量子假設(shè)
為了避免這顯然荒謬的結(jié)果，德國科學(xué)家馬克斯·普郎克在1900年提出，光波、X射線和其他波不能以任意的速率輻射，而必須以某種稱為量子的形式發(fā)射。并且，每個(gè)量子具有確定的能量，波的頻率越高，其能量越大。這樣，在足夠高的頻率下，輻射單獨(dú)量子所需要的能量比所能得到的還要多。因此，在高頻下輻射被減少了，物體喪失能量的速率變成有限的了。
-量子假設(shè)的意義
量子假設(shè)可以非常好地解釋所觀測到的熱體的發(fā)射率，但直到1926年另一個(gè)德國科學(xué)家威納·海森堡提出著名的不確定性原理之后，它對宿命論的含義才被意識(shí)到。為了預(yù)言一個(gè)粒子未來的位置和速度，人們必須能準(zhǔn)確地測量它現(xiàn)在的位置和速度。顯而易見的辦法是將光照到這粒子上，一部分光波被此粒子散射開來，由此指明它的位置。然而，人們不可能將粒子的位置確定到比光的兩個(gè)波峰之間距離更小的程度，所以必須用短波長的光來測量粒子的位置。現(xiàn)在，由普郎克的量子假設(shè)，人們不能用任意少的光的數(shù)量，至少要用一個(gè)光量子。這量子會(huì)擾動(dòng)這粒子，并以一種不能預(yù)見的方式改變粒子的速度。而且，位置測量得越準(zhǔn)確，所需的波長就越短，單獨(dú)量子的能量就越大，這樣粒子的速度就被擾動(dòng)得越厲害。換言之，你對粒子的位置測量得越準(zhǔn)確，你對速度的測量就越不準(zhǔn)確，反之亦然。海森堡指出，粒子位置的不確定性乘上粒子質(zhì)量再乘以速度的不確定性不能小于一個(gè)確定量——普郎克常數(shù)。并且，這個(gè)極限既不依賴于測量粒子位置和速度的方法，也不依賴于粒子的種類。海森堡不確定性原理是世界的一個(gè)基本的不可回避的性質(zhì)。
-影響
不確定性原理對我們世界觀有非常深遠(yuǎn)的影響。甚至到了50多年之后，它還不為許多哲學(xué)家所鑒賞，仍然是許多爭議的主題。不確定性原理使拉普拉斯科學(xué)理論，即一個(gè)完全宿命論的宇宙模型的夢想壽終正寢：如果人們甚至不能準(zhǔn)確地測量宇宙的現(xiàn)在的態(tài)，就肯定不能準(zhǔn)確地預(yù)言將來的事件了！我們?nèi)匀豢梢韵胂?，對于一些超自然的生物，存在一組完全地決定事件的定律，這些生物能夠不干擾宇宙地觀測它現(xiàn)在的狀態(tài)。然而，對于我們這些蕓蕓眾生而言，這樣的宇宙模型并沒有太多的興趣?？磥?，最好是采用稱為奧鏗剃刀的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，將理論中不能被觀測到的所有特征都割除掉。20世紀(jì)20年代。在不確定性原理的基礎(chǔ)上，海森堡、厄文·薛定諤和保爾·狄拉克運(yùn)用這種手段將力學(xué)重新表達(dá)成稱為量子力學(xué)的新理論。在此理論中，粒子不再有分別被很好定義的、能被同時(shí)觀測的位置和速度，而代之以位置和速度的結(jié)合物的量子態(tài)。
-量子力學(xué)
一般而言，量子力學(xué)并不對一次觀測預(yù)言一個(gè)單獨(dú)的確定結(jié)果。代之，它預(yù)言一組不同的可能發(fā)生的結(jié)果，并告訴我們每個(gè)結(jié)果出現(xiàn)的概率。也就是說，如果我們對大量的類似的系統(tǒng)作同樣的測量，每一個(gè)系統(tǒng)以同樣的方式起始，我們將會(huì)找到測量的結(jié)果為A出現(xiàn)一定的次數(shù)，為B出現(xiàn)另一不同的次數(shù)等等。人們可以預(yù)言結(jié)果為A或B的出現(xiàn)的次數(shù)的近似值，但不能對個(gè)別測量的特定結(jié)果作出預(yù)言。因而量子力學(xué)為科學(xué)引進(jìn)了不可避免的非預(yù)見性或偶然性。盡管愛因斯坦在發(fā)展這些觀念時(shí)起了很大作用，但他非常強(qiáng)烈地反對這些。他之所以得到諾貝爾獎(jiǎng)就是因?yàn)閷α孔永碚摰呢暙I(xiàn)。即使這樣，他也從不接受宇宙受機(jī)遇控制的觀點(diǎn)；他的感覺可表達(dá)成他著名的斷言：“上帝不玩弄骰子。”然而，大多數(shù)其他科學(xué)家愿意接受量子力學(xué)，因?yàn)樗蛯?shí)驗(yàn)符合得很完美。它的的確確成為一個(gè)極其成功的理論，并成為幾乎所有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。它制約著晶體管和集成電路的行為，而這些正是電子設(shè)備諸如電視、計(jì)算機(jī)的基本元件。它并且是現(xiàn)代化學(xué)和生物學(xué)的基礎(chǔ)。物理科學(xué)未讓量子力學(xué)進(jìn)入的唯一領(lǐng)域是引力和宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。
