发现
实验结果要求修正量子力学中使用了80余年的重要原理
奥地利维也纳科技大学的长谷川钓司副教授及合作者在2012年1月15日在线发表的《自然·物理》（Nature Physics）杂志上报道了精心设计的实验，实验结果并不符合量子力学基本原理之一的“不确定性原理”，而是与日本名古屋大学的小泽正直教授在2003年发表的修正版的不确定性原理——“小泽不等式”符合得很好。果真如此的话，修正版的小泽不等式很可能在未来的量子信息技术等新兴技术方面发挥作用。何为不确定性原理？本文将从基础概念开始细说究竟。
不确定性原理描述的是关于微观世界的“不确切性”。在进入具体解说之前，让我们先来了解包含这个原理的物理理论——量子力学。
量子力学是研究诸如原子、质子、中子和基本粒子（无法进一步分割的自然界的最小单位）等所有微观粒子行为的物理理论。由于我们身边的所有物体都可以分为原子（或基本粒子），也可以说它是一个描述自然界根本构造的理论。它与描述时间和空间的“相对论”并列，是物理学的两大基础理论之一。
两者都是在20世纪初建立起来的。比起由阿尔伯特·爱因斯坦以一人之力建立起来的相对论而言，量子力学则是由很多的物理学家共同创立的，代表人物有马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔、爱因斯坦，以及与本文的主题相关的维尔纳·海森堡等。
对于现代社会来说，量子力学是功不可没的。“半导体”理论可以说直接来自量子力学。半导体对于工业来说极其重要，也被称为“产业的食粮”。在个人电脑、手机、太阳能电池、LED（发光二极管）和光通讯使用的激光等都离不开半导体。
颠覆了牛顿力学的“决定论世界观”
无论在物理学中还是在现代科学技术中，量子力学都占有重要的地位，而1927年由海森堡提出的不确定性原理又是其中最为重要的一条原理。
不确定性原理的思想冲击了当代科学家对这个世界的看法，彻底否定了之前处于支配地位的观点，即认为未来是早已被确定的“决定论”世界观。
决定论的代表是由艾萨克·牛顿在17世纪建立起来的“牛顿力学”。小到地上的球，大到太阳系的行星，世界上一切物体的运动无一不受“牛顿力学”的支配。
皮埃尔·拉普拉斯曾经假想过一种所谓“拉普拉斯妖”的精灵，它能知道世界上所有的物体以及组成这些物体的所有粒子的位置和运动状态。牛顿力学告诉我们，只要知道粒子的位置和运动状态，就能靠计算推断出这些粒子未来的状态。也就是说，对于拉普拉斯妖来说，未来没有任何的不确定性，所有的一切都是决定好了的。
对于人类来说当然没有能力去了解世界上所有粒子的位置和运动状态，也没办法推算出未来的状态。但这只是一个能力上的问题，未来在本质上依然被认为是决定好的。
然而，海森堡认为，“诸如电子这样的微观粒子的位置和运动状态，原则上就无法同时确切地知道。”这就是海森堡的不确定性原理。根据这个原理，拉普拉斯妖这样的精灵原则上也是不可能存在的，至少拉普拉斯所主张的决定论世界观也就被否定了。另外，动量是指运动的强度和方向，在牛顿力学中等于“质量×速度”。
用来观测电子的光将扰乱该电子的运动，海森堡做了一个所谓“伽马射线显微镜”的思想实验（是在头脑中设想的，根据理论来推断结果的实验），借以研究不确定性原理。伽马射线也是一种光（电磁波），比起眼睛能够看到的可见光能量要高出很多倍。以下提到“光”的时候都是指电磁波。
海森堡的思想实验大致是这样做的，首先我们可以想象棒球场上，在投手投出的球的正上方架设一台照相机，即可正确地测定球的位置。而速度（乘以质量即为动量）则可以使用雷达测速仪来测量。当然测量不可避免要存在误差，但可以通过提高测量装置的性能来减小误差，原则上可以认为，无论多小的误差都是能做到的。
但是对于像电子这样的微观粒子来说情况就不同了。要想知道物体的位置的话，就要用光照射它，光被物体反射回来射入我们的眼睛或者探测仪器中，也就测定了原先物体的位置。
其实光能够散射物体，虽然一般情况下难以察觉。当诸如电子一类的微观粒子碰到光的时候，就会被散射。也就是说，测量这件事情本身就会扰乱电子的运动，进而也就没有办法知道原先电子的运动状态了。
光波的峰与峰之间的长度被称为“波长”。波长短的光能量高，散射物体的能力也强；也就是说，要想少改变电子的运动状态，就要使用长波长的光才行。
问题是，使用了长波长的光去测量的话，又会陷入电子的位置“模糊不清”的困境。原因是这里的光并非是一根没有宽度的“线”，而是一种以波长宽度运动的“波”。
用不等式表达的不确定性原理
海森堡正是根据上述理论得到结论的。对电子位置测量结果的不确定性（蒲：误差）与其扰乱电子原先的运动状态的变化大小（菩：扰动）的乘积的数值不会小于某一个特定的值（上图给出的不等式）。
用这套语言来说就是：使用短波长的光，虽然能更好地测量电子的位置信息（蒲变小），但动量的改变就变大了（菩变大）。如果使用长波长的光的话，当然对动量的影响变小了（菩变小），也就是能够更准确地知道原先的动量，但是位置的不确定度就大了（蒲变大）。如果不带有一点误差，精确地知道了位置的信息（蒲变成零），光对电子的碰撞将完全抹去原先动量的信息（菩变成无穷大）。反之，对动量完全没有扰动的话（菩为零），位置的信息也就完全丧失了（蒲变成无穷大）。
这就是海森堡的不确定性原理。但是日本名古屋大学的小泽正直教授指出：“这个不等式并不是从数学上证明的。”
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