物理学中测不准原理的应用与评价

2020-01-10 08:22:02 新丝路(下旬) 2020年1期

张秋红

一、“测不准原理”的产生

1.微粒说与波动说的争论

“测不准原理”是在研究光的假说中产生的。17世纪,关于光的性质,存在微粒说和波动说两种假说。1666年,牛顿最先用三棱镜观察到了光的色散,揭示了光的粒子性,这一发现微粒说逐渐成为主流。1801年,托马斯·杨进行了双缝干涉实验,使光的波动性得到了证明。而爱因斯坦的光电效应实验,同时证明了光的微粒说和波动说。

玻尔进一步研究发现,当电子吸收或释放了一些能量时,可以实现跃迁,即从原本的轨道跃迁到另一条轨道上。德国物理学家海森堡在1925年用矩阵方程测算了量子化原子的辐射频率和能级。1926年,薛定谔提出了量子力学的波动方程,用来描述微观粒子的运动状态。

2.海森堡的贡献

1927年,海森堡在《关于量子论的运动学和力学的直觉内容》一文中提出了“测不准原理”。“测不准原理”颠覆了传统力学关于“物质所在的位置和状态确定”的观点。“测不准原理”指出,粒子是一种自由运动的最小物质。物体的波长与动量相关,粒子的动量(p)等于速度(v)和质量(m)的乘积,动量越大,波长越长。“测不准原理”存在的前提是微粒可以同时表现为波和粒子两种形态。

“测不准原理”表明:位置测量得越精准,动量测量就越不精确。粒子的位置(△x)与动量(△p)不可同时被确定,位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式:

其中,h是普朗克常数。

二、“测不准原理”的启示

1.量子力学的客观性

“薛定谔的猫”阐释了测不准原理。猫的死活状态不确定,只有在人打开盒子的瞬间才能决定,直观考量是人决定着猫的死活。量子力学中的微观粒子与宏观物质显著不同,对其测量时需要用到光子,而光子具有波粒二象性。在实验过程中,人们也不可避免地会产生实验仪器与粒子之间不可忽视的作用。

“测不准原理”告诉我们,物质的位置和动量很难同时被测准。对此,科学家给出了解决方案:“一旦精确地知道了微观体系的波函数,那么就能通过傅立叶变换而唯一地确定微观体系在动量空间分布的波函数。这两种波函数均满足薛定愕方程,并且是相互等价的”。因此,对于粒子状态的不确定性,并不是人类探索微观世界的障碍。

2.测不准原理的哲学思考

微观粒子是客观的,不以我们的意志为转移。因为量子力学本身由于光电子的波粒二象性,人们看到的与客体存在一定偏差的结论,这一客观存在的特征。测不准原理世界观的认识具有深远影响。如果人们甚至不能准确地测量宇宙当前的状态,那么就肯定不能准确地预言将来的事件。

从原子物理到量子物理,几何尺度减小了5~6个数量级,这相当于从宏观领域到微观领域的数量级,在粒子物理领域,实验现象和物理观测量都超出了力学的范围。在传统量子力学的适用范围内,我们仍然可以把测不准原理当作量子力学的基本原理。

三、测不准原理与宏观经济

1.经济核算指标的不确定性

与物理学测不准原理相似,经济核算指标之间也往往都存在一种相互影响的“测不准现象。例如,对棉布进行测量时,如果测量长度,棉布就要尽量窄;如果测量面积,棉布就要尽量薄;如果测量重量,棉布就可能变厚。可见,无论采用什么样的指标,最终都会偏离最初所设计的评价尺度。“测不准原理”与GDP也有密切关系,只要确定GDP为度量业绩的关键指标,那么就必然会由于“测度行为与被测度物之间相互影响”而使经济运行偏离经济发展的真正目标。导致GDP指标被过分放大,而其他指标被忽视。在崇尚出口的年代,出口业绩被放大,而其他指标被忽略,导致企业片面追求出口业绩。

2.测不准原理使GDP偏离真正目标

GDP增长是各个经济主体、各級领导业绩评价的主要指标,当一个地区GDP增长率偏低时,地方政府可能会收到来自各方面的责难,其结果,各级政府过度追求GDP增长率,忽视了对投入的控制和管理,导致粗放型增长,表现为资源耗竭、态环境破坏、安全事故频发、贫富差距扩大等现象。出现了GDP增长与群众不满并存的现象。这就是“测不准原理”在现实经济生活中的体现,过分强调了GDP,必然导致可持续性等社会问题被忽视。应该尽快以反映经济发展的综合性的指标逐步取代GDP,才能使经济发展处于正常的状态,即增强相关指标来制衡GDP。

3.经济总量测不准

在传统经济学理论指导下、以经济活动总量为对象而形成的“国民经济核算”受到了广泛的质疑,因而提出了许多对传统经济学指标进行修正的建议:“实际GDP”、“绿色GDP”、“增加值”、“购买力平价”、“可持续收入”、“幸福指数”等。笔者认为:在传统经济增长理念占据主流地位的状况下,要彻底推翻原有的经济核算体系具有一定难度,应建立起配套的指标体系,即关注综合型指标的匹配,而不是精确的单一指标,这体现了测不准原理的应用价值。该原理告诉我们:在许多情况下,经济学的单一指标精确测定并不具有实际意义,而是多个指标的匹配、协调或协同发展,具有更高的价值。

4.对GDP的正确认识

单纯追求GDP导致生态环境建设被严重忽视。因此,在维持现有经济指标的情况下,对任何经济活动都进行社会发展及生态环境的影响评估,充分考虑到居民生活质量、教育质量、环境成本、治理投入、居民满意度等指标,设置合理的指标体系,并测算个指标的相互关系,以此,促进指标的优化,避免对GDP的过度关注,导致其他指标的缺失,从而难以实现经济持续发展。

参考文献:

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