它们没有肯定的位置,而是被“抹平”成必然的概率漫衍。
因为量子力学引进的二重性,粒子也会产生干与。所谓的双缝尝试便是闻名的例子。考虑一个带有两个平行狭缝的隔板,在它的一边放上一个特定色彩(即特定波长)的光源。大部分光都射在隔板上,但是一小部分光通过这两条缝。现在假定将一个屏幕放到隔板的另一边。屏幕上的任何一点都能领遭到两个缝来的波。但是,普通来讲,光从光源通过这两条狭缝传到屏幕上的间隔是分歧的。这表白,从狭缝来的光达到屏幕之时不再是相互同相的:有些处所波相互抵消,其他处所它们相互加强,成果构成有亮暗条纹的特性花腔。
很多人激烈地抵抗这类科学决定论的教义,他们感到这侵犯了上帝干与天下的自在。但直到20世纪初,这类看法仍被以为是科学的标给假定。这类信心必须被丢弃的一个最后的征象,是由英国科学家瑞利勋爵和詹姆斯・金斯爵士做的计算。他们指出一个热的物体――比方恒星――必须以无穷大的速率辐射出能量。遵循当时人们信赖的定律,一个热体必须在统统的频次划一地收回电磁波(诸如射电波、可见光或X射线)。比方,一个热体在每秒1万亿次颠簸至2万亿次颠簸频次之间的波收回和在每秒2万亿次颠簸至3万亿次颠簸频次之间的波一样的能量。而既然每秒颠簸数是无穷的,这意味着辐射出的总能量也必须是无穷的。
换言之,你对粒子的位置测量得越精确,你对速率的测量就越不精确,反之亦然。海森伯指出,粒子位置的不肯定性乘以粒子质量再乘以速率的不肯定性不能小于一个肯定量,该肯定量称为普朗克常量。并且,这个极限既不依靠于测量粒子位置和速率的体例,也不依靠于粒子的种类。海森伯不肯定性道理是天下的一个根基的不成躲避的性子。
粒子间的干与征象,对于我们了解原子的布局至为关头,后者是作为化学和生物的基元,以及由之构成我们和我们四周统统统统的构件。在本世纪(即20世纪――编者注)初,人们以为原子和行星环绕着太阳公转相称近似,电子(带负电荷的粒子)环绕着带正电荷的中间的核公转。人们觉得正电荷和负电荷之间的吸引力保持电子的轨道,正如同行星和太阳之间的万有引力保持行星的轨道一样。费事在于,在量子力学之前,力学和电学的定律预言,电子会落空能量并以螺旋线的轨道落向并终究撞击到核上去。这表白原子(实际上统统的物质)都会很快地坍缩成一种非常高密度的状况。丹麦科学家尼尔斯・玻尔在1913年,为此题目找到了部分的解答。他提出,或许电子不能在离中间核肆意远的处所,而只能在一些指定的间隔处公转。如果我们再假定,只要一个或两个电子能在这些间隔上的任一轨道上公转,因为电子除了充满最小间隔和最小能量的轨道外,不能进一步向里螺旋靠近,这就处理了原子坍缩的题目。
这量子会扰动这粒子,并以一种不能预感的体例窜改粒子的速率。别的,位置测量得越精确,所需的波长就越短,单个量子的能量就越大,如许粒子的速率就被扰动得越短长。
非常令人惊奇的是,如果将光源换成粒子源,比方具有必然速率(这表白其对应的波有肯定的波长)的电子束,人们获得完整一样范例的条纹。这显得更加古怪,因为如果只要一条裂缝,则得不到任何条纹,只不过是电子通过这屏幕的均匀漫衍。人们是以能够会想到,另开一条缝只不过是打到屏幕上每一点的电子数量增加罢了。但是,实际上因为干与,在某些处所反而减少了。如果在一个时候只要一个电子被收回通过狭缝,人们会觉得,每个电子只穿过这条或那条缝,如许它的行动正如只存在通过的那条缝一样――屏幕会给出一个均匀的漫衍。但是,实际上即便每次一个地收回电子,条纹仍然呈现。是以,每个电子准是在同一时候通过两条小缝!