（二）不确定性原理

不确定性原理的意思是你无法同时准确测得一个粒子的位置和动量。这是什么意思呢？

动量=质量×速度。速度是在单位时间内，粒子从初始位置到末位置行走过的距离。对于电子来说，它从电子枪出发时的初始位置是给定的，但是末始位置就需要你去测量了。测量的方法是将一束光照上去，这样就会有光子被电子散射开来，由此确定电子准确的“末位置”。而不确定性的原因出在用来测量电子的“光子”身上。因为光子不是一个粒子，而是一道波。而“波”不是一个东西，只是一种物质的运动态势。例如，水波是水分子上下振动的态势，声波是空气分子被前后挤压的态势。

波的态势有两个特性：波长和振幅。波长是空间内波在一个长度方向的区间跨度。因此，假设你用一道光“波”去测量电子位置的话，因为光波具有在空间中波的长度的区间跨度，这样电子的准确位置就有一个基于光波的波长空间跨度所带来位置的“不确定性”。

图1-27 米尺的刻度是毫米，而光波也有基于其波长而存在的刻度值

图1-28 光波具有的区间跨度

图1-29 光波具有的区间跨度如图1-27所示，米尺的最小刻度是1毫米，如果你用这个尺子去测量书桌，你对书桌长度精确度的测定只能限于1毫米以上。对于用来测量电子位置的光波也是同样情况，因为光是波，因此对电子位置测量的精准度就只能被限制在光波波长的区间以内（图1-28、1-29）。

下面，描述一下不确定性原理产生的具体原因。为了便于理解，其中的数据为方便说明的放大数据。

假设电子的速度是100米／秒，而你在100米外测量由一台电子枪发射过来的一个电子。这时，因为你用来测量电子的光波波长是1米，因此，你测得的电子的真实位置就被限制在99~100米之间。从而就产生了一个基于对电子真实位置“99~100米”而带来的电子速度的“99~100／秒”的不确定性。因为动量=质量×速度，所以这就带来了一个基于速度不确定性所带来的电子动量“（99~100）×质量”的不确定性。这时，电子位置的不确定性就限制在1米区间跨度内，即这时动量的不确定性比较小。

那么，如同我们可以用0.01毫米刻度的游标卡尺去测量桌子一样，我们是否可以用更短波长的光波去测量电子，让电子的位置变得更准确，进而使其动量变得更准确呢？例如，我们用波长为1毫米的光波去测量电子，这样电子的位置就被确定在99.99~100.00米之间了？

图1-30 更短波长的光子答案是可以。但是会带来另外一个问题。就是说，对光波来说，波长越短，它所携带的能量就越大（见图1-30）。因此，假设你用一个波长为1毫米（波长为放大说明）的高能量的光子去测量电子的位置，你是可以将电子的位置精确到1毫米空间的区域之内的，但是由于电子被高能量的光波撞击了一下，这就让电子的真实位置变得“不确定”了。