Monday, August 18, 2014

時間間隔\Delta t是系統維持大致不變、不受到擾動的時間間隔 量子系統的能量的不確定性並不能狹窄限制其物理行為。這樣,所有可能物理行為與相關影響都必須納入量子計算,包括那些具有能量比能量分佈平均值大很多或小很多的物理行為

列夫·朗道曾經開玩笑說:「違反能量-時間不確定性很容易,我只需很精確地測量能量,然後緊盯著我的手錶就行了!」[25] 儘管如此,愛因斯坦和波耳很明白這關係式的啟發性意義:一個只能暫時存在的量子態,不能擁有明確的能量;為了要擁有明確的能量,必須很準確地測量量子態的頻率,這連帶地要求量子態持續很多週期。[25]
例如,在光譜學裏,激發態excited state)的壽命是有限的。根據能量-時間不確定性原理,激發態沒有明確的能量。每次衰變所釋放的能量都會稍微不同。發射出的光子的平均能量是量子態的理論能量,可是,能量分佈的峰寬是有限值,稱為自然線寬natural linewidth)。衰變快的量子態線寬比較寬闊;而衰變慢的量子態線寬比較狹窄。[26] 衰變快的量子態的線寬,因為比較寬闊,不確定性比較大。為了要得到清晰的能量,實驗者甚至會使用微波空腔microwave cavity)來減緩衰變率[27]。這線寬效應,使得對於測量衰變快粒子靜止質量的工作,也變得很困難。粒子衰變越快,它的質量的測量越不確定。[28]:80
關於能量與時間的不確定性原理時常會被錯誤地表述:假若,測量一個量子系統的能量至不確定性至多為\Delta E,那麼,需要的測量時間間隔為\Delta t > h/\Delta E[26] 這表述與蘭道的評論所提到的表述類似。亞基爾·阿哈羅諾夫戴維·玻姆指出這表述不成立。[29] 時間間隔\Delta t是系統維持大致不變、不受到擾動的時間間隔;而不是實驗儀器開啟關閉的測量時間間隔。
另外還有一種常見的錯誤概念,即能量-時間不確定性原理允許物理系統暫時違背能量守恆,物理系統可以從宇宙中暫時借用能量,只要能在短時間內全數還回就行。雖然這符合相對論性量子力學的精髓,但這是基於錯誤公理──在所有時間宇宙能量是完全已知參數。更正確地說,假若事件發生的時間間隔很短,則這事件的能量不確定性很大。因此,假設量子場論的計算涉及到暫時電子正子偶,這並不表示能量守恆被違背,而是量子系統的能量的不確定性並不能狹窄限制其物理行為。這樣,所有可能物理行為與相關影響都必須納入量子計算,包括那些具有能量比能量分佈平均值大很多或小很多的物理行為。[28]:56真實系統的能量與無擾動系統的能量不同,不應混淆在一起。[26]

No comments:

Post a Comment