双缝实验为什么恐怖(电子双缝干涉实验诡异现象盘点)
芒夏柳 • 2022-10-23 04:20:01 • 7263次 • 热点
毫不夸张地说,物理学上曾出现过一次骇人听闻的“灵异事件”,它就是“电子双缝干涉实验”,这个实验把量子世界和量子力学的诡异性表现得淋漓尽致,可以说完全毁了我们的三观。
在我们的现实世界里,万物都是确定的,都是可描述的,也是可预测的,这就是爱因斯坦的“决定论”,我们可以根据现有大自然法则来描述现有事物,并预测未来发生的事情。
上述观点也是人们普遍拥有的世界观,毕竟我们每天都能感受到。但这一切都因为那个“灵异事件”而被打破了。
下面就说说恐怖的电子双缝干涉实验,该实验做过不止一次,而且内容会稍有不同,各种升级版不断涌现。
首先是最普通的双缝实验,用的是光而不是电子。实验过程非常简单,一个挡板,挡板上有两条狭缝,挡板后面是屏幕。
向挡板发射光,大部分光会被挡板挡住,光线只能通过两条狭缝。如果光是粒子,屏幕上就会出现两道杠(条纹)。如果光是波,则会出现多条杠,也就是干涉条纹。
这也是关于“光到底是粒子还是波?”最好的实验证明。实验结果显示是干涉条纹,很明显光是波(后来还有“光也是粒子”的证明,这里就不详述了,不是问题的重点)。
接下来是升级实验。重复做上述实验,只不过发射光时是一个一个发射的,也就是说每次只发射一个光子(不要纠结如何发射,科学家们有办法,无须我们操心)。
一开始屏幕上出现杂乱无章的亮点,但随着光子数量不断增多,神奇的画面出现了,屏幕上仍旧呈现出干涉条纹。
问题来了,如果想要出现干涉条纹,必须有波进行干涉,但之前科学家是一个一个地发射光子,单个光子通过狭缝时,只能从其中一条狭缝通过。
那么,单个光子如何发生干涉呢?和谁发生干涉?难道单个光子同时通过了两条狭缝,然后自己与自己发生了干涉?从实验结果来看,单个光子必须同时通过两条狭缝然后与自己发生干涉!但这怎么可能?
为了解释这个问题,实验再次升级?
科学家在狭缝的旁边安装了摄像头(探测器),想看看单个光子到底是如何通过狭缝的。这次用的不再是光子,而是电子,因为科学家很难直接观测到光子。
探测的结果并没有吓到我们:电子并没有同时通过两条狭缝,只从其中一条狭缝通过。这时候科学家都松了一口气:还好没有通过通过两条狭缝!
但事情远没有结束,更恐怖的还在后面。
在科学家进行探测的时候,屏幕上的干涉条纹居然消失了,变成了两条杠。而当科学家不进行观测时,屏幕上的干涉条纹再次出现!这说明人们的探测行为改变了电子原来的状态,影响了实验结果。
电子似乎知道科学家什么时候进行观测,只要一观测干涉条纹就消失,不观测就出现。
以波尔为首的哥本哈根学派给出了解释,也就是哥本哈根诠释。
按照这个诠释,电子双缝干涉实验包含了量子力学的三大规律:不确定性,叠加态还有观测行为。
叠加态是微观粒子的本质属性,任何微观粒子都处于一种叠加的混沌状态,就像光子既是粒子也是波那样,事实上,不仅仅是光子,电子也具有如此特性,既是粒子也是波,具有波粒二象性。
这种叠加态就意味着电子可以同时穿过两条狭缝(处于通过穿过两条狭缝的叠加态),然后自己与自己发生干涉。
而不确定性强调,当我们发射电子时,根本无法确定电子到底会到达屏幕的哪个位置,只能用概率去描述,比如说在某个位置的概率是多少。
还有一点就是观测行为,任何观测行为都会让微观粒子的叠加态和不确定性发生坍缩(波函数坍缩),从不确定的混沌状态变为确定状态,这也是干涉条纹消失的原因。
那么观测为何会让微观粒子发生坍缩,变成确定状态呢?
我们需要明白,到底何为观测?
任何观测,不管是直接用眼睛还是电子设备,都离不开光子,我们必须通过光子与被观测物体发生作用,才能接收到被观测物体的相关信息。
这种相互作用就会使得被观测物体(比如说电子)变成确定状态。说白了,观测行为其实也是量子行为。观测影响实验结果并不是有些人所说的“人类意识影响实验结果”!
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