书城自然科学站在巨人肩上-从汤姆生谈粒子物理学
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第12章 难以捉摸的电子

科学的每一项巨大成就,都是以大胆的幻想为出发点。

——杜威

现在,每一个具有普通文化的人,都可以根据初等数学和普通物理学的知识,同时准确测定一辆汽车运动的位置和动量。可是对一个电子而言就测不准了,不光是一般人办不到,就连科学家也不能同时准确测定一个单独电子运动的位置和动量。这是为什么呢?

原来,电子体积和质量都太小了,运动的速度又很高,其运动的规律和特点与宏观大块物体不同,所以难住了科学家。不仅电子,其他微观粒子的运动也都表现与汽车、篮球、步枪子弹等宏观物体不同的规律和特点。

一个电子的半径约为10-10米;电子的静止质量约为10-25千克。可以想象,要测量如此小的微粒运动是何等困难。

如果我们要测定汽车运动的位置和动量,这是很方便的。可以用光线照在汽车上,再反射到观测者或观测仪器,光线对汽车本身的运动不会产生什么影响,或者说影响小到足以忽略不计。

但是,测定电子就不同了。由于电子质量很小,只要被光子打中,就会改变它运动的位置和动量。也就是说,测定过程改变了被测对象原来的状态,测定的结果自然是不准确的。

这个规律是德国著名物理学家海森堡发现的。