物理學中測不準原理的應用與評價

張秋紅

一、“測不準原理”的產生

1.微粒說與波動說的爭論

“測不準原理”是在研究光的假說中產生的。17世紀，關于光的性質，存在微粒說和波動說兩種假說。1666年，牛頓最先用三棱鏡觀察到了光的色散，揭示了光的粒子性，這一發現微粒說逐漸成為主流。1801年，托馬斯·楊進行了雙縫干涉實驗，使光的波動性得到了證明。而愛因斯坦的光電效應實驗，同時證明了光的微粒說和波動說。

玻爾進一步研究發現，當電子吸收或釋放了一些能量時，可以實現躍遷，即從原本的軌道躍遷到另一條軌道上。德國物理學家海森堡在1925年用矩陣方程測算了量子化原子的輻射頻率和能級。1926年，薛定諤提出了量子力學的波動方程，用來描述微觀粒子的運動狀態。

2.海森堡的貢獻

1927年，海森堡在《關于量子論的運動學和力學的直覺內容》一文中提出了“測不準原理”。“測不準原理”顛覆了傳統力學關于“物質所在的位置和狀態確定”的觀點。“測不準原理”指出，粒子是一種自由運動的最小物質。物體的波長與動量相關，粒子的動量（p）等于速度（v）和質量（m）的乘積，動量越大，波長越長。“測不準原理”存在的前提是微粒可以同時表現為波和粒子兩種形態。

“測不準原理”表明：位置測量得越精準，動量測量就越不精確。粒子的位置（△x）與動量（△p）不可同時被確定，位置的不確定性與動量的不確定性遵守不等式：

其中，h是普朗克常數。

二、“測不準原理”的啟示

1.量子力學的客觀性

“薛定諤的貓”闡釋了測不準原理。貓的死活狀態不確定，只有在人打開盒子的瞬間才能決定，直觀考量是人決定著貓的死活。量子力學中的微觀粒子與宏觀物質顯著不同，對其測量時需要用到光子，而光子具有波粒二象性。在實驗過程中，人們也不可避免地會產生實驗儀器與粒子之間不可忽視的作用。

“測不準原理”告訴我們，物質的位置和動量很難同時被測準。對此，科學家給出了解決方案：“一旦精確地知道了微觀體系的波函數，那么就能通過傅立葉變換而唯一地確定微觀體系在動量空間分布的波函數。這兩種波函數均滿足薛定愕方程，并且是相互等價的”。因此，對于粒子狀態的不確定性，并不是人類探索微觀世界的障礙。

2.測不準原理的哲學思考

微觀粒子是客觀的，不以我們的意志為轉移。因為量子力學本身由于光電子的波粒二象性，人們看到的與客體存在一定偏差的結論，這一客觀存在的特征。測不準原理世界觀的認識具有深遠影響。如果人們甚至不能準確地測量宇宙當前的狀態，那么就肯定不能準確地預言將來的事件。

從原子物理到量子物理，幾何尺度減小了5～6個數量級，這相當于從宏觀領域到微觀領域的數量級，在粒子物理領域，實驗現象和物理觀測量都超出了力學的范圍。在傳統量子力學的適用范圍內，我們仍然可以把測不準原理當作量子力學的基本原理。

三、測不準原理與宏觀經濟

1.經濟核算指標的不確定性

與物理學測不準原理相似，經濟核算指標之間也往往都存在一種相互影響的“測不準現象。例如，對棉布進行測量時，如果測量長度，棉布就要盡量窄;如果測量面積，棉布就要盡量薄;如果測量重量，棉布就可能變厚。可見，無論采用什么樣的指標，最終都會偏離最初所設計的評價尺度。“測不準原理”與GDP也有密切關系，只要確定GDP為度量業績的關鍵指標，那么就必然會由于“測度行為與被測度物之間相互影響”而使經濟運行偏離經濟發展的真正目標。導致GDP指標被過分放大，而其他指標被忽視。在崇尚出口的年代，出口業績被放大，而其他指標被忽略，導致企業片面追求出口業績。

2.測不準原理使GDP偏離真正目標

GDP增長是各個經濟主體、各級領導業績評價的主要指標，當一個地區GDP增長率偏低時，地方政府可能會收到來自各方面的責難，其結果，各級政府過度追求GDP增長率，忽視了對投入的控制和管理，導致粗放型增長，表現為資源耗竭、態環境破壞、安全事故頻發、貧富差距擴大等現象。出現了GDP增長與群眾不滿并存的現象。這就是“測不準原理”在現實經濟生活中的體現，過分強調了GDP，必然導致可持續性等社會問題被忽視。應該盡快以反映經濟發展的綜合性的指標逐步取代GDP，才能使經濟發展處于正常的狀態，即增強相關指標來制衡GDP。

3.經濟總量測不準

在傳統經濟學理論指導下、以經濟活動總量為對象而形成的“國民經濟核算”受到了廣泛的質疑，因而提出了許多對傳統經濟學指標進行修正的建議：“實際GDP”、“綠色GDP”、“增加值”、“購買力平價”、“可持續收入”、“幸福指數”等。筆者認為：在傳統經濟增長理念占據主流地位的狀況下，要徹底推翻原有的經濟核算體系具有一定難度，應建立起配套的指標體系，即關注綜合型指標的匹配，而不是精確的單一指標，這體現了測不準原理的應用價值。該原理告訴我們：在許多情況下，經濟學的單一指標精確測定并不具有實際意義，而是多個指標的匹配、協調或協同發展，具有更高的價值。

4.對GDP的正確認識

單純追求GDP導致生態環境建設被嚴重忽視。因此，在維持現有經濟指標的情況下，對任何經濟活動都進行社會發展及生態環境的影響評估，充分考慮到居民生活質量、教育質量、環境成本、治理投入、居民滿意度等指標，設置合理的指標體系，并測算個指標的相互關系，以此，促進指標的優化，避免對GDP的過度關注，導致其他指標的缺失，從而難以實現經濟持續發展。

參考文獻：

[1]列寧選集（第二卷）[M].人民出版社，1960

[2]海森堡.物理學與哲學[M].科學出版社，1974

[3]海森堡.嚴密自然科學基礎近年來的變化[M].上海譯文出版社，1978

[4]何柞麻.評量子力學的“性質觀”與“實在觀”[J].哲學研究，1990（2）

[5]鐘茂初.可持續消費—從物質需求、人文需求、生態需求角度的闡釋[J].消費經濟，2004（5）

[6]曾謹言、裴壽墉.量子力學新進展[M].北京北京大學出版社，2000

[7]趙崢、劉遼.一般穩態時空視界的確定[J].物理學報，1991（10）