学了量子力学之后，我终于明白牛郎织女为什么不能在一起了

每年七夕是牛郎织女相会的日子，它是中国四大民间传说之一。在学习了物理之后，我发现了这个传说符合量子力学的规则，这也注定了牛郎织女不可能在一起。

故事的内容有多种版本，但基本情节是这样的。织女本是天上的仙女，她擅长织布，每天给天空织彩霞。不过她厌倦了这枯燥的生活，就偷偷下到凡间，遇到了河西的牛郎。牛郎和织女一见钟情，私自结为夫妻，过上了男耕女织的幸福生活，并育有一对儿女。

天帝发现了织女的行为，大怒，把织女捉回天宫，责令他们永远分离。牛郎担着一双儿女，追到了天河边，却无法渡过。他们的坚贞爱情感动了上天，无数喜鹊飞来，用身体搭成一道跨越天河的鹊桥，让牛郎织女在天河上相会。从此，每年七月七日，牛郎织女在鹊桥上相聚一夜。

所以，你可能会想问，这感动人心的故事和量子力学又有什么关系呢？假如我们有一个量子系统，它处于基态。如果它想要跃迁到其他更高能量的态，必须有外界对它输入能量。那么，如果没有其他的能量输入，它能跃迁吗？在经典的情况下，这个跃迁是不可能发生的，因为这违反了能量守恒。然而，量子力学中的能量-时间不确定性关系却允许这种情况的发生。

可能许多人比较熟悉的是位置-动量的不确定性关系，它告诉我们不能同时精确地测量位置和动量，用公式表达为Δx·Δp≥ћ/2。同样，能量-时间不确定性关系可以表达成ΔE·Δt≥ћ/2。这个关系意味着，如果一个量子态的能量很确定，那么它的寿命就很不确定，反之亦然。这个关系也可以用来估计一些量子过程的特征尺度，比如原子的跃迁时间、粒子的衰变时间等。
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所以，我们可以让这个量子系统的能量宽度ΔE等于两个态之间的能量差，这样它就能跃迁到那个能量更高的态。但是，它处于能量更高的态的时间Δt是非常短的，然后就要马上跳回基态了。只要ΔE和Δt满足我们上述提到的公式就行了。整个跃迁过程发生的时间是如此之短，以至于我们是看不到的，所以这个过程又被称为虚过程。既然过程无法看到，那么我们怎么确定它的存在？因为它会在实验上留下可观测的后果，比如兰姆位移。

现在，让我们回到牛郎织女的故事。织女本是仙女，她处于“天上”态；而牛郎是凡人，他处于“凡间”态。织女私自下凡，从“天上”态跳到“凡间”态，量子力学允许这个过程发生。但是，为了满足能量-时间不确定性关系，她来到凡间的时间是有限的，她注定要重返天庭，与牛郎分开。不过，织女的这一举动也产生了可观测的后果，就是生儿育女。

同样，牛郎从凡间追赶到天上，也是量子力学所允许的。不过，在满足能量-时间不确定性关系的前提下，牛郎也只能和织女在七夕这天相会，之后就要返回凡间继续生活了。