「海森堡原理」依然挑戰科學認識的極限

在大約90年之前，維爾納·海森堡提出了量子世界遵循的「不確定性原理」，在原理髮表後的大約90年，三個國家的研究人員組成了一支合作團隊，他們對量子物理學的「海森堡原理」提出了新的見解，第一次用嚴格的數學公式描述海森堡的「不確定性原理」，他們的研究成果取得了實際性的進展，加深了人們對這一原理的理解。《數學物理學》雜誌發表了合作團隊的成果，他們給出了判斷測量誤差的新定義，這種判斷方式適合對量子物理學的描述，科學家根據新的判斷方式在量子物理實驗中對實驗數據的誤差範圍進行精確劃定。量子物理學、或量子力學對科學家提出了設計一套近似值聯測方法的要求，根據量子物理學的「海森堡原理」，人們不能以聯測方式同時測定粒子的位置和動量，當精確地測定粒子的位置時，人們不能精確地測定它的動量；當精確地測定粒子的動量時，人們不能精確地測定它的位置。

海森堡是量子力學的創建人之一，自從海森堡提出了令人好奇、帶有直覺意念的「不確定原理」之後，僅在最近的時期，科學家開始嘗試使用一種更為精確的數學公式，使得量子力學基本原理的表述更加簡潔、精準、有效。三位研究人員之一的保羅·布施擔任約克大學數學物理學專業的教授一職、佩卡·拉赫蒂為芬蘭圖爾庫大學的研究員、萊因哈特·F·維爾納為德國漢諾威的萊布尼茲大學的研究員。布施對研究成果解釋說，他們開發了在量子測量領域劃定誤差和干擾範圍的方法，誤差和干擾的數量正好在海森堡曾經預測的範圍以內。「不確定性原理」表明，對粒子位置和動量的聯測只能獲得一種近似值，三位研究員應用了高等數學的深奧概念，他們處理了非常複雜的參數鏈，以公式化的數學語言限定了測量的誤差和干擾範圍，例如：當使用一套測量儀器測定一個電子的位置和動量時，組合化的公式成為了一種評價工具，而評價的結果嚴格地符合了海森堡在1927年提出的基本原理。

合作團隊創建的公式組合第一次找到了精確計算測量誤差的工具，不僅具有數學的可靠性，而且在第一手統計資料中得到了確認和評估。三位研究員導出的公式是目前識別量子測量誤差的最好工具，公式組合成為了高質量實驗的指示器。合作團隊的研究成果對量子力學有特別重要的價值。海森堡的基本原理在最近的研究活動中遇到了很多質疑，例如：日本物理學家小澤征爾提出了量子力學不均等性的問題，如果小澤征爾的觀點正確，那麼可以推出一種結果，量子的不確定性沒有想像的那麼嚴格。在「海森堡原理」提出之後的80多年，沒有一種質疑的聲音動搖了這一原理的可靠性。如果小澤征爾等科學家的質疑正確，這將嚴重影響人們對現有量子物理世界的基本理解。布施、拉赫蒂和維爾納的最新研究成果捍衛了海森堡提出的不確定性原理，合作團隊指出，小澤征爾等人提出的量子力學的不均等性問題存在缺陷，只能在有限的範圍評估量子測量誤差和干擾的影響。

合作團隊的三位研究員的成果對各種版本的誤差公式提供了鑒定的標準，形成了一套有效的檢驗方法，他們強調了量子物理學測量誤差和干擾的基本界限。現代物理技術取得了長足進步，科學家可能穩定地控制體積越來越小的物體，納米技術、量子計算機、量子密碼學成為量子技術快速應用的領域，人們也許迎來了高性能工具檢測的時代，精密儀器的和應用範圍幾乎到達了量子的界限，研究人員正在開發一種量子密碼協議的技術，以海森堡效應和不確定性原理為基礎。未來的研究將更令人驚奇，合作團隊見證了對測量誤差和干擾的一種系統化開發的開端，毫無疑問，他們將會發現更有趣的新型誤差關係，比如：熵測量基礎的關係式，這種量子測量的前沿技術表明，有關量子不確定性原理的爭議激活了許多研究人員的思維和靈感，科研人員將在量子測量領域取得難以估量的研究成果。

（編譯：2014-5-6）

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