当他观测构成物质的基本粒子“电子”的状态时,他每一次的观察都会不可避免地对电子产生扰动。
海森堡认为,他可以通过观测波长短于0.01埃米的伽马射线来精确地测量电子的位置。但是要做到这一点,至少要有一个光子被电子反射。由于伽马射线的光子能量很高,因此碰撞会显著地改变电子的运动状态,也就是影响电子的动量。
伽马射线显微镜可以很精准地告诉海森堡电子的位置,但是它的扰动会使得电子的动量变得不确定。
也就是说,当海森堡可以准确地测得电子的位置时,却无法同时测得电子的动量,或者反过来也是如此,哪怕用再精密的仪器也不行。
这是因为,只有在电子发光时,海森堡才看得见电子,而电子只有在跳跃时才会发光。而要测得电子的位置,就必须使它向别处移动。在这种情况下,海森堡的每次测量行为都会不可避免地会对电子产生扰动,进而改变它的位置和动量。
看到这里,或许你还没明白这件事情的诡异性。
具体来说,海森堡成功地证明了,我们不可能设想出任何一种办法,把一个粒子的位置和动量同时精确地测量出来。你把位置测得越准确,你所能测得的动量就越不准确,你测得的动量越准确,你所能测定的位置就越不准确。海森堡还计算出这两种性质的不准确度(即“测不准度”)应该是多大,这就是在量子力学中如雷贯耳的“不确定性原理”首次被发现。
这个原理可以延伸出:宇宙万物在微观状态下,与我们通常所指的宏观世界中物体的律动是“有所不同的”。