物理學(xué)中測不準(zhǔn)原理的應(yīng)用與評價(jià)

張秋紅

一、“測不準(zhǔn)原理”的產(chǎn)生

1.微粒說與波動(dòng)說的爭論

“測不準(zhǔn)原理”是在研究光的假說中產(chǎn)生的。17世紀(jì)，關(guān)于光的性質(zhì)，存在微粒說和波動(dòng)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(fā)現(xiàn)微粒說逐漸成為主流。1801年，托馬斯·楊進(jìn)行了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，使光的波動(dòng)性得到了證明。而愛因斯坦的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)證明了光的微粒說和波動(dòng)說。

玻爾進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子吸收或釋放了一些能量時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)躍遷，即從原本的軌道躍遷到另一條軌道上。德國物理學(xué)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(xué)的波動(dòng)方程，用來描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2.海森堡的貢獻(xiàn)

1927年，海森堡在《關(guān)于量子論的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的直覺內(nèi)容》一文中提出了“測不準(zhǔn)原理”?！皽y不準(zhǔn)原理”顛覆了傳統(tǒng)力學(xué)關(guān)于“物質(zhì)所在的位置和狀態(tài)確定”的觀點(diǎn)?！皽y不準(zhǔn)原理”指出，粒子是一種自由運(yùn)動(dòng)的最小物質(zhì)。物體的波長與動(dòng)量相關(guān)，粒子的動(dòng)量（p）等于速度（v）和質(zhì)量（m）的乘積，動(dòng)量越大，波長越長?！皽y不準(zhǔn)原理”存在的前提是微粒可以同時(shí)表現(xiàn)為波和粒子兩種形態(tài)。

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

其中，h是普朗克常數(shù)。

二、“測不準(zhǔn)原理”的啟示

1.量子力學(xué)的客觀性

“薛定諤的貓”闡釋了測不準(zhǔn)原理。貓的死活狀態(tài)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(xué)中的微觀粒子與宏觀物質(zhì)顯著不同，對其測量時(shí)需要用到光子，而光子具有波粒二象性。在實(shí)驗(yàn)過程中，人們也不可避免地會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)儀器與粒子之間不可忽視的作用。

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

2.測不準(zhǔn)原理的哲學(xué)思考

微觀粒子是客觀的，不以我們的意志為轉(zhuǎn)移。因?yàn)榱孔恿W(xué)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(jié)論，這一客觀存在的特征。測不準(zhǔn)原理世界觀的認(rèn)識(shí)具有深遠(yuǎn)影響。如果人們甚至不能準(zhǔn)確地測量宇宙當(dāng)前的狀態(tài)，那么就肯定不能準(zhǔn)確地預(yù)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(gè)數(shù)量級，這相當(dāng)于從宏觀領(lǐng)域到微觀領(lǐng)域的數(shù)量級，在粒子物理領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理觀測量都超出了力學(xué)的范圍。在傳統(tǒng)量子力學(xué)的適用范圍內(nèi)，我們?nèi)匀豢梢园褱y不準(zhǔn)原理當(dāng)作量子力學(xué)的基本原理。

三、測不準(zhǔn)原理與宏觀經(jīng)濟(jì)

1.經(jīng)濟(jì)核算指標(biāo)的不確定性

與物理學(xué)測不準(zhǔn)原理相似，經(jīng)濟(jì)核算指標(biāo)之間也往往都存在一種相互影響的“測不準(zhǔn)現(xiàn)象。例如，對棉布進(jìn)行測量時(shí)，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?？梢?，無論采用什么樣的指標(biāo)，最終都會(huì)偏離最初所設(shè)計(jì)的評價(jià)尺度。“測不準(zhǔn)原理”與GDP也有密切關(guān)系，只要確定GDP為度量業(yè)績的關(guān)鍵指標(biāo)，那么就必然會(huì)由于“測度行為與被測度物之間相互影響”而使經(jīng)濟(jì)運(yùn)行偏離經(jīng)濟(jì)發(fā)展的真正目標(biāo)。導(dǎo)致GDP指標(biāo)被過分放大，而其他指標(biāo)被忽視。在崇尚出口的年代，出口業(yè)績被放大，而其他指標(biāo)被忽略，導(dǎo)致企業(yè)片面追求出口業(yè)績。

2.測不準(zhǔn)原理使GDP偏離真正目標(biāo)

GDP增長是各個(gè)經(jīng)濟(jì)主體、各級領(lǐng)導(dǎo)業(yè)績評價(jià)的主要指標(biāo)，當(dāng)一個(gè)地區(qū)GDP增長率偏低時(shí)，地方政府可能會(huì)收到來自各方面的責(zé)難，其結(jié)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(dǎo)致粗放型增長，表現(xiàn)為資源耗竭、態(tài)環(huán)境破壞、安全事故頻發(fā)、貧富差距擴(kuò)大等現(xiàn)象。出現(xiàn)了GDP增長與群眾不滿并存的現(xiàn)象。這就是“測不準(zhǔn)原理”在現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)生活中的體現(xiàn)，過分強(qiáng)調(diào)了GDP，必然導(dǎo)致可持續(xù)性等社會(huì)問題被忽視。應(yīng)該盡快以反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合性的指標(biāo)逐步取代GDP，才能使經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于正常的狀態(tài)，即增強(qiáng)相關(guān)指標(biāo)來制衡GDP。

3.經(jīng)濟(jì)總量測不準(zhǔn)

在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論指導(dǎo)下、以經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總量為對象而形成的“國民經(jīng)濟(jì)核算”受到了廣泛的質(zhì)疑，因而提出了許多對傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行修正的建議：“實(shí)際GDP”、“綠色GDP”、“增加值”、“購買力平價(jià)”、“可持續(xù)收入”、“幸福指數(shù)”等。筆者認(rèn)為：在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長理念占據(jù)主流地位的狀況下，要徹底推翻原有的經(jīng)濟(jì)核算體系具有一定難度，應(yīng)建立起配套的指標(biāo)體系，即關(guān)注綜合型指標(biāo)的匹配，而不是精確的單一指標(biāo)，這體現(xiàn)了測不準(zhǔn)原理的應(yīng)用價(jià)值。該原理告訴我們：在許多情況下，經(jīng)濟(jì)學(xué)的單一指標(biāo)精確測定并不具有實(shí)際意義，而是多個(gè)指標(biāo)的匹配、協(xié)調(diào)或協(xié)同發(fā)展，具有更高的價(jià)值。

4.對GDP的正確認(rèn)識(shí)

單純追求GDP導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境建設(shè)被嚴(yán)重忽視。因此，在維持現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的情況下，對任何經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都進(jìn)行社會(huì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的影響評估，充分考慮到居民生活質(zhì)量、教育質(zhì)量、環(huán)境成本、治理投入、居民滿意度等指標(biāo)，設(shè)置合理的指標(biāo)體系，并測算個(gè)指標(biāo)的相互關(guān)系，以此，促進(jìn)指標(biāo)的優(yōu)化，避免對GDP的過度關(guān)注，導(dǎo)致其他指標(biāo)的缺失，從而難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

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