2024-05-24|閱讀時間 ‧ 約 20 分鐘

測不準原理｜Uncertainty Principle｜海森伯｜Heisenberg｜小艾科普

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大家好！我是小艾！小朋友們，請問你們的大腦就位了嗎！

昨天我問媽媽什麼是「測不準原理」，為什麼會有東西會測不準呢？

媽媽說，就像我看到喜歡的東西，總是會靠近觀察，科學家叔叔姨姨也一樣，為了更了解這個世界，會近距離觀察各種事物。

從微小的生物，到分子，像是蛋白質，然後到原子。

你們知道嗎？原本以為原子就是最小的粒子了，但是科學家叔叔姨姨又用一種叫做「強力」的力量跟原子相撞，發現了完全不能再被切小的物質，我們叫它「基本粒子」。

媽媽還說，有一位德國科學家叫做海森伯，他發現我們沒有辦法測量基本粒子的位置和速度。

這聽起來很神奇，對吧？

如果我們看到一顆足球，可以告訴別人足球在哪裡，速度多快，但是對於基本粒子來說，就變得很困難了。

因為我們觀察東西需要用到光，但是光碰到基本粒子後，調皮的基本粒子就會跑走。

也就是說，我們沒辦法確定基本粒子的位置在哪裏，這就是「測不準原理」的意思。

小朋友們，「測不準原理」是不是有趣呢？透過科學，我們可以瞭解到這個世界許多未知的奧秘喔！

你想知道更多關於物理學的知識嗎？記得追蹤、按讚、訂閱我的頻道【小艾科普】喔！那麼，我們下次再見囉，掰掰！

給家長的補充資料/

「測不準原理」（Heisenberg’s uncertainty principle，又稱「海森伯測不準原理」），是量子力學的基本原理之一，它驅動量子力學的發展，並對我們對物質本質的理解產生了重大影響。「測不準原理」來自於波粒二象性理論，指出我們不可能同時準確地知道一個粒子的確切位置和確切速度。

1927年，維爾納·海森伯（Werner Heisenberg）發現在測量基本粒子時，同時測量某些成對的變量（例如位置和動量）的精確度存在根本上的限制。

然而，現在物理學家對「測不準原理」其中的不確定性更加確定了。2023年，日本九州大學的倉持結（Yui Kuramochi）和電氣通信大學的田島裕康（Hiroyasu Tajima）已經證明，即使只測量單個變量，海森堡不確定性原理也可以適用。

Wigner-Araki-Yanase（簡稱WAY）定理

Wigner-Araki-Yanase (WAY) 定理與海森伯測不準原理都是量子物理中的重要原理，而且兩者都揭示了我們不能同時精確地測量兩個不相容的物理量（例如位置與動量），不過，兩者的來源與應用有所不同。

WAY定理是由 Eugene Wigner, Huzihiro Araki, 和 Mitsuo Yanase 獨立發現並提出，此定理涵蓋了海森伯測不準原理的範疇，並進一步擴展到任何存在帶有相互作用的物理守恆系統。它描述量子系統中，在某種守恆的量（譬如能量或角動量）之下，無法完全精確地測量與該量不相容的其他物理量。也就是說，當我們在量子物理架構中試圖準確定義一種物理量時，我們必須接受無法精確知道某些其他物理量的現實。