【声音】未来无法计算——只有无限可能
by 量子君
观察一个量子系统，第一次的观察结果，不能确定与第二次的观察结果是否相同。想要根据第一次观察的结果，来预测第二次观察结果，是不可能的事情。不确定性是量子系统的内在禀性，与观察技术无关。
量子系统的不确定性，不能等同于抛硬币的随机性。在抛硬币之前，我们就已经确切地知道结果——要么就是正面，要么就是反面。一个电子的自旋，在观察之前，处于叠加态，我们无法确定它是上旋还是下旋，只有观察之后才能确定。抛硬币通常都是用手，手抛硬币的每一次动作都会有差异，从而导致抛硬币的随机性产生。在现有的技术条件下，我们完全可以制造出一台硬币抛投机器，保证你想投出正面就是正面，想投出反面就是反面。量子系统则不一样，无论你怎么改进观察技术，不确定性依然存在。
譬如观察电子的自旋，你用到的光子，无论该光子的动量是大是小，对电子产生的扰动是大是小，都不能决定电子的自旋方向。不能说观察的扰动越小，它的自旋方向就越确定。也不存在用一个具有特定动量值的光子去观察，电子的自旋就表现为上旋，用另外一个具有特定动量值的光子去观察，电子就表现为下旋。实验告诉你，没有这回事。换句话说，微观粒子是有脾气的，它的状态它做主。
很多朋友之所以会对量子系统的不确定性产生误解，是因为教科书在举例说明不确定性原理的时候，通常用的例子，都是观察微观粒子的位置和动量。
1927年，海森堡提出不确定性原理的时候，就是这样说的——你不可能同时确切地知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数除于4π，即ΔxΔp≥h/4π 。例如，用一个光子去观察一个电子，如果这个光子的动量越大，得到电子的动量信息就越精准，而电子的位置信息就越不精准；反之，如果这个光子的动量越小，得到电子的位置信息就越精准，而电子的动量信息就越不精准。
于是就有人假设，能不能用一个动量恰好合适的光子去观察电子呢？
2003年，日本名古屋大学教授小泽正直提出“小泽不等式”，认为“测不准原理”可能存在缺陷。小泽正直的科研团队对中子“自转”倾向相关的两个值进行了精密测量，并成功测出超过所谓“极限”的两个值的精度，使得小泽不等式获得成立，证明了“测不准原理”确实存在缺陷。该成果于2012年1月15日在英国科学杂志《自然物理学》上发表。
多伦多大学量子光学研究小组的李·罗泽马（Lee Rozema）设计了一种弱测量技术，让所测对象受到的干扰微乎其微，每个光子进入仪器前，研究人员对其进行弱测量，然后再用仪器测量，之后对比两个结果。他们发现造成的干扰不像海森堡原理中推断的那么大。该成果于2012年9月7日在《物理评论通讯》周刊上发表。
小泽正直和罗泽马都试图通过改进测量技术，来解决量子系统的不确定性问题。可是不管测量技术如何改进，他们都无法对量子系统的单次结果做出确切的预测。小泽正直的测量无论如何精确，都不能确切地预测中子在某一时刻的自旋方向。罗泽马的弱测量技术，对中子测量产生的干扰，无论多么弱小，即便弱小到可以忽略不计，都无法预测中子在某一时刻的确切自旋方向。
用观察一个微观粒子的位置和动量来说明量子系统的不确定性，容易产生争论，导致误解。有很长一段时期，“不确定性原理”被误称为“测不准原理”，人们误认为不确定性是因为测量不准的因素导致。现在的中国教科书，已经做了订正。最好还是用观察自旋的例子来说明量子系统的不确定性原理，争论小，不易产生误解。
不确定性表现为随机性，但不确定性不等于随机性。不确定性是量子系统的内在禀性，与观察技术无关。宏观事物的随机性，与运作技术和观察技术密切相关，随着运作技术和观察技术的改进，随机性会越来越小。就像抛硬币，一个非常精密的硬币抛投机器，可以让硬币落地的正反面随机结果为零，你想要正面就是正面，分毫不差。爱因斯坦用“掷骰子”来比喻量子系统的不确定性，也并不十分恰切，终有一天人类会制造出一台掷骰子的机器，你想要什么点子数，就来什么点子数。
世界的未来是不确定的，人生的未来也是不确定的。弱者在不确定面前感到畏惧，强者在挑战不确定的过程中得到无限的乐趣。
（图释——爱因斯坦：“上帝不掷骰子！”波尔：“不要指挥上帝怎么做！”）
by 量子君
观察一个量子系统，第一次的观察结果，不能确定与第二次的观察结果是否相同。想要根据第一次观察的结果，来预测第二次观察结果，是不可能的事情。不确定性是量子系统的内在禀性，与观察技术无关。
量子系统的不确定性，不能等同于抛硬币的随机性。在抛硬币之前，我们就已经确切地知道结果——要么就是正面，要么就是反面。一个电子的自旋，在观察之前，处于叠加态，我们无法确定它是上旋还是下旋，只有观察之后才能确定。抛硬币通常都是用手，手抛硬币的每一次动作都会有差异，从而导致抛硬币的随机性产生。在现有的技术条件下，我们完全可以制造出一台硬币抛投机器，保证你想投出正面就是正面，想投出反面就是反面。量子系统则不一样，无论你怎么改进观察技术，不确定性依然存在。
譬如观察电子的自旋，你用到的光子，无论该光子的动量是大是小，对电子产生的扰动是大是小，都不能决定电子的自旋方向。不能说观察的扰动越小，它的自旋方向就越确定。也不存在用一个具有特定动量值的光子去观察，电子的自旋就表现为上旋，用另外一个具有特定动量值的光子去观察，电子就表现为下旋。实验告诉你，没有这回事。换句话说，微观粒子是有脾气的，它的状态它做主。
很多朋友之所以会对量子系统的不确定性产生误解，是因为教科书在举例说明不确定性原理的时候，通常用的例子，都是观察微观粒子的位置和动量。
1927年，海森堡提出不确定性原理的时候，就是这样说的——你不可能同时确切地知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数除于4π，即ΔxΔp≥h/4π 。例如，用一个光子去观察一个电子，如果这个光子的动量越大，得到电子的动量信息就越精准，而电子的位置信息就越不精准；反之，如果这个光子的动量越小，得到电子的位置信息就越精准，而电子的动量信息就越不精准。
于是就有人假设，能不能用一个动量恰好合适的光子去观察电子呢？
2003年，日本名古屋大学教授小泽正直提出“小泽不等式”，认为“测不准原理”可能存在缺陷。小泽正直的科研团队对中子“自转”倾向相关的两个值进行了精密测量，并成功测出超过所谓“极限”的两个值的精度，使得小泽不等式获得成立，证明了“测不准原理”确实存在缺陷。该成果于2012年1月15日在英国科学杂志《自然物理学》上发表。
多伦多大学量子光学研究小组的李·罗泽马（Lee Rozema）设计了一种弱测量技术，让所测对象受到的干扰微乎其微，每个光子进入仪器前，研究人员对其进行弱测量，然后再用仪器测量，之后对比两个结果。他们发现造成的干扰不像海森堡原理中推断的那么大。该成果于2012年9月7日在《物理评论通讯》周刊上发表。
小泽正直和罗泽马都试图通过改进测量技术，来解决量子系统的不确定性问题。可是不管测量技术如何改进，他们都无法对量子系统的单次结果做出确切的预测。小泽正直的测量无论如何精确，都不能确切地预测中子在某一时刻的自旋方向。罗泽马的弱测量技术，对中子测量产生的干扰，无论多么弱小，即便弱小到可以忽略不计，都无法预测中子在某一时刻的确切自旋方向。
用观察一个微观粒子的位置和动量来说明量子系统的不确定性，容易产生争论，导致误解。有很长一段时期，“不确定性原理”被误称为“测不准原理”，人们误认为不确定性是因为测量不准的因素导致。现在的中国教科书，已经做了订正。最好还是用观察自旋的例子来说明量子系统的不确定性原理，争论小，不易产生误解。
不确定性表现为随机性，但不确定性不等于随机性。不确定性是量子系统的内在禀性，与观察技术无关。宏观事物的随机性，与运作技术和观察技术密切相关，随着运作技术和观察技术的改进，随机性会越来越小。就像抛硬币，一个非常精密的硬币抛投机器，可以让硬币落地的正反面随机结果为零，你想要正面就是正面，分毫不差。爱因斯坦用“掷骰子”来比喻量子系统的不确定性，也并不十分恰切，终有一天人类会制造出一台掷骰子的机器，你想要什么点子数，就来什么点子数。
世界的未来是不确定的，人生的未来也是不确定的。弱者在不确定面前感到畏惧，强者在挑战不确定的过程中得到无限的乐趣。
（图释——爱因斯坦：“上帝不掷骰子！”波尔：“不要指挥上帝怎么做！”）
#读书[超话]#牛顿及其贡献
万有引力定律是牛顿从观察苹果落地时获得灵感而发现，如伏尔泰所说：“牛顿爵士在他的花园散步，看到一个苹果从树上掉下来，从而想到他的引力理论。”这是如树上掉下苹果的运动似的地球上常见运动和宇宙天体运行共同遵守的物理学原理，引力的大小取决于每个物体的总质量和物体间的距离，牛顿于1687年提出了计算引力的数学表达式。牛顿全名伊萨克•牛顿（Isaac•Newton，1642-1727），英国著名的物理学家，在世时是英国皇家学会会长，一个不朽的自然哲学家和科学家。1642年他在林肯郡乌斯索普的一个小庄园里降生，是科学界划时代的人物，是他改写了运动的科学，一生关于宇宙运行有许多的发现，对于人们的赞誉他只是谦虚的说：“我不过只是像一个海边玩耍的孩子，以偶然间发现了一个更光滑的卵石或者更漂亮的贝壳为乐，而我面前仍是一片未知的真理大海。”就像牛顿所说，我们面对的存在着的未知真理浩如烟海，到目前为止人类发现的也仅仅是沧海一粟，所以人类尚需更加努力。
真正科学的意义在于超越模糊感觉的相似性的世界认知，而找到了其内在的规律性法则，进行数学描述，这点牛顿做的非常好。他融合了哥白尼、开普勒的思想和伽利略的运动理论，对世界有了第一个正确实用的数学描述，把数学的力量带进了物理学，实现了物理学和数学的交叉融合，从根本上改变了科学研究的面貌，使得科学家们对于宇宙的运行有了更多的发现和更清晰的认知。在1686年4月28日牛顿著作《自然哲学的数学原理》第一册提交给皇家学会，并于1687年正式出版。这也是物理学的转折点也开启了一个经典时空世界科学认识的新时代，具有划时代的意义。正如英国哲学家罗素的观点，17 世纪取得辉煌成就的科学是划开现代世界与古代世界的界限。牛顿在《原理》中提出运动的三大定律，就如他十分自信地写道的：“我现在就来说明世界体系的框架。”他推导出计算天体运动的数学表达式的精度也是前所未有的，比如计算地球绕日运行的精度好于一亿分之一。同时他对运动的描述也革新了当时人类对宇宙结构的看法，用温伯格的话说:“牛顿破除了两种形式的物理之间的壁垒，他不仅消除了太空的神秘性，而且开辟了把太空和地球放在一起研究的可能性。”牛顿力学造就了物体运动理论的机体，至今仍把它应用在各种运动场合，从地球上常见物体运动到太空中星体运动、星系形成和进行空间探测的技术等。即使是现在，行星、火箭、和空间探测飞船等等的运行轨道计算，还都是以这个有300 年历史的理论作为依据的。
万有引力定律是牛顿从观察苹果落地时获得灵感而发现，如伏尔泰所说：“牛顿爵士在他的花园散步，看到一个苹果从树上掉下来，从而想到他的引力理论。”这是如树上掉下苹果的运动似的地球上常见运动和宇宙天体运行共同遵守的物理学原理，引力的大小取决于每个物体的总质量和物体间的距离，牛顿于1687年提出了计算引力的数学表达式。牛顿全名伊萨克•牛顿（Isaac•Newton，1642-1727），英国著名的物理学家，在世时是英国皇家学会会长，一个不朽的自然哲学家和科学家。1642年他在林肯郡乌斯索普的一个小庄园里降生，是科学界划时代的人物，是他改写了运动的科学，一生关于宇宙运行有许多的发现，对于人们的赞誉他只是谦虚的说：“我不过只是像一个海边玩耍的孩子，以偶然间发现了一个更光滑的卵石或者更漂亮的贝壳为乐，而我面前仍是一片未知的真理大海。”就像牛顿所说，我们面对的存在着的未知真理浩如烟海，到目前为止人类发现的也仅仅是沧海一粟，所以人类尚需更加努力。
真正科学的意义在于超越模糊感觉的相似性的世界认知，而找到了其内在的规律性法则，进行数学描述，这点牛顿做的非常好。他融合了哥白尼、开普勒的思想和伽利略的运动理论，对世界有了第一个正确实用的数学描述，把数学的力量带进了物理学，实现了物理学和数学的交叉融合，从根本上改变了科学研究的面貌，使得科学家们对于宇宙的运行有了更多的发现和更清晰的认知。在1686年4月28日牛顿著作《自然哲学的数学原理》第一册提交给皇家学会，并于1687年正式出版。这也是物理学的转折点也开启了一个经典时空世界科学认识的新时代，具有划时代的意义。正如英国哲学家罗素的观点，17 世纪取得辉煌成就的科学是划开现代世界与古代世界的界限。牛顿在《原理》中提出运动的三大定律，就如他十分自信地写道的：“我现在就来说明世界体系的框架。”他推导出计算天体运动的数学表达式的精度也是前所未有的，比如计算地球绕日运行的精度好于一亿分之一。同时他对运动的描述也革新了当时人类对宇宙结构的看法，用温伯格的话说:“牛顿破除了两种形式的物理之间的壁垒，他不仅消除了太空的神秘性，而且开辟了把太空和地球放在一起研究的可能性。”牛顿力学造就了物体运动理论的机体，至今仍把它应用在各种运动场合，从地球上常见物体运动到太空中星体运动、星系形成和进行空间探测的技术等。即使是现在，行星、火箭、和空间探测飞船等等的运行轨道计算，还都是以这个有300 年历史的理论作为依据的。
#读书，我们是认真的[超话]#
牛顿及其贡献
万有引力定律是牛顿从观察苹果落地时获得灵感而发现，如伏尔泰所说：“牛顿爵士在他的花园散步，看到一个苹果从树上掉下来，从而想到他的引力理论。”这是如树上掉下苹果的运动似的地球上常见运动和宇宙天体运行共同遵守的物理学原理，引力的大小取决于每个物体的总质量和物体间的距离，牛顿于1687年提出了计算引力的数学表达式。牛顿全名伊萨克•牛顿（Isaac•Newton，1642-1727），英国著名的物理学家，在世时是英国皇家学会会长，一个不朽的自然哲学家和科学家。1642年他在林肯郡乌斯索普的一个小庄园里降生，是科学界划时代的人物，是他改写了运动的科学，一生关于宇宙运行有许多的发现，对于人们的赞誉他只是谦虚的说：“我不过只是像一个海边玩耍的孩子，以偶然间发现了一个更光滑的卵石或者更漂亮的贝壳为乐，而我面前仍是一片未知的真理大海。”就像牛顿所说，我们面对的存在着的未知真理浩如烟海，到目前为止人类发现的也仅仅是沧海一粟，所以人类尚需更加努力。
真正科学的意义在于超越模糊感觉的相似性的世界认知，而找到了其内在的规律性法则，进行数学描述，这点牛顿做的非常好。他融合了哥白尼、开普勒的思想和伽利略的运动理论，对世界有了第一个正确实用的数学描述，把数学的力量带进了物理学，实现了物理学和数学的交叉融合，从根本上改变了科学研究的面貌，使得科学家们对于宇宙的运行有了更多的发现和更清晰的认知。在1686年4月28日牛顿著作《自然哲学的数学原理》第一册提交给皇家学会，并于1687年正式出版。这也是物理学的转折点也开启了一个经典时空世界科学认识的新时代，具有划时代的意义。正如英国哲学家罗素的观点，17 世纪取得辉煌成就的科学是划开现代世界与古代世界的界限。牛顿在《原理》中提出运动的三大定律，就如他十分自信地写道的：“我现在就来说明世界体系的框架。”他推导出计算天体运动的数学表达式的精度也是前所未有的，比如计算地球绕日运行的精度好于一亿分之一。同时他对运动的描述也革新了当时人类对宇宙结构的看法，用温伯格的话说:“牛顿破除了两种形式的物理之间的壁垒，他不仅消除了太空的神秘性，而且开辟了把太空和地球放在一起研究的可能性。”牛顿力学造就了个物体运动的理论机体，至今仍把它应用在各种运动场合，从地球上常见物体运动到太空中星体运动、星系形成和进行空间探测的技术等。即使是现在，行星、火箭、和空间探测飞船等等的运行轨道计算，还都是以这个有300 年历史的理论作为依据的。#天气即天意#
牛顿及其贡献
万有引力定律是牛顿从观察苹果落地时获得灵感而发现，如伏尔泰所说：“牛顿爵士在他的花园散步，看到一个苹果从树上掉下来，从而想到他的引力理论。”这是如树上掉下苹果的运动似的地球上常见运动和宇宙天体运行共同遵守的物理学原理，引力的大小取决于每个物体的总质量和物体间的距离，牛顿于1687年提出了计算引力的数学表达式。牛顿全名伊萨克•牛顿（Isaac•Newton，1642-1727），英国著名的物理学家，在世时是英国皇家学会会长，一个不朽的自然哲学家和科学家。1642年他在林肯郡乌斯索普的一个小庄园里降生，是科学界划时代的人物，是他改写了运动的科学，一生关于宇宙运行有许多的发现，对于人们的赞誉他只是谦虚的说：“我不过只是像一个海边玩耍的孩子，以偶然间发现了一个更光滑的卵石或者更漂亮的贝壳为乐，而我面前仍是一片未知的真理大海。”就像牛顿所说，我们面对的存在着的未知真理浩如烟海，到目前为止人类发现的也仅仅是沧海一粟，所以人类尚需更加努力。
真正科学的意义在于超越模糊感觉的相似性的世界认知，而找到了其内在的规律性法则，进行数学描述，这点牛顿做的非常好。他融合了哥白尼、开普勒的思想和伽利略的运动理论，对世界有了第一个正确实用的数学描述，把数学的力量带进了物理学，实现了物理学和数学的交叉融合，从根本上改变了科学研究的面貌，使得科学家们对于宇宙的运行有了更多的发现和更清晰的认知。在1686年4月28日牛顿著作《自然哲学的数学原理》第一册提交给皇家学会，并于1687年正式出版。这也是物理学的转折点也开启了一个经典时空世界科学认识的新时代，具有划时代的意义。正如英国哲学家罗素的观点，17 世纪取得辉煌成就的科学是划开现代世界与古代世界的界限。牛顿在《原理》中提出运动的三大定律，就如他十分自信地写道的：“我现在就来说明世界体系的框架。”他推导出计算天体运动的数学表达式的精度也是前所未有的，比如计算地球绕日运行的精度好于一亿分之一。同时他对运动的描述也革新了当时人类对宇宙结构的看法，用温伯格的话说:“牛顿破除了两种形式的物理之间的壁垒，他不仅消除了太空的神秘性，而且开辟了把太空和地球放在一起研究的可能性。”牛顿力学造就了个物体运动的理论机体，至今仍把它应用在各种运动场合，从地球上常见物体运动到太空中星体运动、星系形成和进行空间探测的技术等。即使是现在，行星、火箭、和空间探测飞船等等的运行轨道计算，还都是以这个有300 年历史的理论作为依据的。#天气即天意#
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