当前课程知识点:物理与人类未来 > Chapter V Quantum Ideas(I) 第5章 量子观念(I) > 5.6 The Uncertainty Principle 不确定原理 > 5.6 The Uncertainty Principle Video 不确定原理 视频
大家好
Hello everyone
这节课我们一起来了解 不确定原理
In this lesson, let's learn about the uncertainty principle
德国物理学家海森堡于1927年发现
German physicist Heisenberg discovered in 1927
量子不确定性是可以量化的
Quantum uncertainty can be quantified
我们考虑一个量子化的物质场
We consider a quantized material field
它只包含一个电子的能量
It contains only one electron energy
我们用波包来表示一个电子的物质场
We use wave packets to represent the material field of an electron
Δx表示波包可能的位置范围
Δx indicates the possible location range of wave packet
也就是一次撞击可能发生的范围
That is, the extent of a collision
不仅一个电子的位置是不确定的
Not only the location of an electron is uncertai
它的速度也是不确定的
Its speed is also uncertain
可能的速度范围用Δv来表示
The possible speed range is expressed by ΔV
让我们比较一下
Let's compare
波包A和另一个
wave packet A and another one
被压缩到A长度一半的另一个波包B
Another wave packet B is compressed to half of A length
B的波长更短
The wavelength of B is shorter
根据德布罗意的物质波公式 我们知道
According to De Broglie's material wave formula, we know that
波长λ等于普朗克常量h除以mv
Wavelength λ equals Planck constant h divided by mv
那也意味着 更短的波长对应于更高的速度
That means shorter wavelengths correspond to higher speeds
速度更大
More speed
意味着速度的不确定范围更大
It means that the speed of uncertainty is greater
结果
At result
Δx减半 导致Δv加倍
Half of Δx causes Δv to double
这表明量子物理学的一个普遍特征
This shows a general feature of quantum physics
只要把一个粒子的Δx按某一比例压缩
As long as the Δx of a particle is compressed in a certain ratio
则它速度的不确定范围Δv就会增大同样的比例
Then the speed of the uncertainty range Δv will increase the same proportion
海森堡定量地证明
Heisenberg quantitatively proves that
Δx和Δv的乘积保持不变
The product of Δx and Delta Δv remains unchanged
实物粒子的位置和速度是不确定的
The position and velocity of physical particles are uncertain
二者的乘积 等于普朗克常量h除以粒子的质量
The product of the two is equal to the Planck constant h divided by the quality of the particles
这个原理 我们把它称为不确定原理
We call it the uncertainty principle
在x-v图上
On the x-v diagram
这个乘积是以Δx 和Δv为边的矩形的面积
This product is the area of the rectangle whose edges are Δx and Δv
如果位置的不确定度Δx 减小了
If the uncertainty of location Δx is reduced
则速度的不确定度范围Δv一定会增大
The speed uncertainty range Δv will increase
当其中一个量 可以高度精确预言时
When one of the quantities can be predicted accurately and accurately
则另外一个量 必定高度的不确定
Another quantity must be highly uncertain
由不确定原理可知
From uncertainty principle
质量更大的粒子,其速率的可能值范围越小
The larger the mass, the smaller the possible range of velocity
一个质子比一个电子更能精确地预言
A proton can predict more accurately than an electron
而一个垒球
and a softball
质量是一个电子质量的一亿亿倍
Quality is 100 billion times the mass of an electron
它的行为可以精确预言
Its behavior can accurately predict
以致量子不确定性可以忽略
So that quantum uncertainty can be ignored
一个位置被高度确定的
A position is highly determined
即Δx 很小的粒子
That is, the small particles of Δx
其运动速度一定会很快
Its speed must be very fast
这也是为什么原子核内的质子和中子
That's why the protons and neutrons in the nucleus are
必须以10%的光速运动的原因
The reason why we must move at 10% speed of light
因为 核力把它们约束在原子内
Because nuclear forces constrain them in atoms
这样小的一个区域内
In such a small area
量子不确定性在实际上相当重要
Quantum uncertainty is actually quite important
在量子计算机中得到了实际应用
It has been applied in quantum computers
它也是放射性衰变这种原子核现象的核心
It is also the core of radioactive decay
在双亲的DNA分子随机组合的过程中
In the process of random combination of DNA molecules in parents
DNA的化学键的量子不确定性
Quantum uncertainty of chemical bonds in DNA
在孩子的遗传中起了重要的作用
It plays an important role in children's heredity
这节课的内容就讲到这里 谢谢大家
That's all for today Thank you
-1.0 Introduction: An Invitation to Science 绪论 邀请你访问科学
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-1.4 Conservation of Energy 能量守恒
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--1.5.2 Heat (II) Video 热量(下)视频
--1.5 随堂测验
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--1.6 随堂测验
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-1.7 Wave 波
--1.7 随堂测验
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-5.6 The Uncertainty Principle 不确定原理
--5.6 The Uncertainty Principle Video 不确定原理 视频
--5.6 随堂测验
--5.6 随堂讨论
-Exercises for Chapter V 第5周 习题
-Discussion for Chapter V 第5章 讨论题
-Reference book recommendation for Chapter V 第5章 参考书单推荐
-Expanding Reading for Chapter V 第5章 拓展阅读
-Brief Summary for Chapter V 第5章 知识点小结
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-6.1 The Effect of Detectors 观测的效果
--6.1 The Effect of Detectors Video 观测的效果 视频
--6.1 随堂测验
-6.2 Quantum Nonlocality 量子非局域性
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-6.3 Quantum World View 量子世界观
--6.3 Quantum World View Video 量子世界观 视频
-6.4 Quantum Theory of Atom 原子的量子理论
--6.4 Quantum Theory of Atom Video 原子的量子理论 视频
--6.4 随堂讨论
-6.5 Quantized Field 量子化的场
--6.5 Quantized Field Video 量子化的场 视频
-6.6 Quantum Electrodynamics 量子电动力学
--6.6 Quantum Electrodynamics Video 量子电动力学 视频
-6.7 Anti-Matter 反物质
--6.7 Anti-Matter Video 反物质 视频
--6.7 随堂测验
-Exercises for Chapter VI 第6周 习题
-Discussion for Chapter VI 第6章 讨论题
-Reference book recommendation for Chapter VI 第6章 参考书单推荐
-Expanding Reading for Chapter VI 第6章 拓展阅读
-Brief Summary for Chapter VI 第6章 知识点小结
--Brief Summary for Chapter VI 第6章 知识点小结
-7.1 Economic Physics 经济物理学
--7.1 Economic Physics Video 经济物理学 视频
--7.1 随堂测验
--7.1 随堂讨论
-7.2 Social Physics 社会物理学
--7.2 Social Physics Video 社会物理学 视频
-7.3 Measurement or Perception 测量还是感知
--7.3 Measurement or Perception Video 测量还是感知 视频
-7.4 How big data and social physics change the development of cities 大数据与社会物理学如何变革城市的发展
--7.4 How big data and social physics change the development of cities Video 大数据与社会物理学如何变革城市的发展 视频
--7.4 随堂讨论
-7.5 The Future of Computers 计算机的未来
--7.5 The Future of Computers Video 计算机的未来 视频
-7.6 The future of artificial intelligence 人工智能的将来
--7.6 The future of artificial intelligence Video 人工智能的将来 视频
--7.6 随堂测验
-第七周 本周测验
-Discussion for Chapter VII 第7章 讨论题
-Reference book recommendation for Chapter VII 第7章 参考书单推荐
-Expanding Reading for Chapter VII 第7章 拓展阅读
--科学家每天看猫的视频,发现打哈欠其实是为了让人冷静下来?
--理论表明:打哈欠可以帮助大脑降温,而且大脑更大的动物打哈欠的时间确实更长。 纽约州立大学(State University of New York)研究打哈欠的进化心理学家安德鲁•盖洛普(Andrew
-Brief Summary for Chapter VII 第7章 知识点小结
--Brief Summary for Chapter VII 第7章 知识点小结
-8.1 The Future of Medicine 医学的未来
--8.1 The Future of Medicine Video 医学的未来 视频
--8.1 随堂测验
-8.2 The Future of Nanotechnology 纳米技术
--8.2 The Future of Nanotechnology Video 纳米技术 视频
--8.2 随堂测验
--8.2 随堂讨论
-8.3 The Future of Energy 能源的未来
--8.3 The Future of Energy Video 能源的未来 视频
--8.3 随堂讨论
-8.4 The Future of Space Travel 未来的太空旅行
--8.4 The Future of Space Travel Video 未来的太空旅行 视频
--8.4 随堂测验
--8.4 随堂讨论
-8.5 The Wealth in Future 未来的财富
--8.5 The Wealth in Future Video 未来的财富 视频
--8.5 随堂测验
-8.6 The Future of Humanity 人类的未来
--8.6 The Future of Humanity Video 人类的未来 视频
--8.6 随堂测验
-第八周 本周测验
-Discussion for Chapter VIII 第8章 讨论题
-Reference book recommendation for Chapter VIII 第8章 参考书单推荐
-Expanding Reading for Chapter VIII 第8章 拓展阅读
-Brief Summary for Chapter VIII 第8章 知识点小结
--Brief Summary for Chapter VIII 第8章 知识点小结