毫不夸張地說(shuō),物理學(xué)上曾出現(xiàn)過(guò)一次駭人聽(tīng)聞得“靈異事件”,它就是“電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”,這個(gè)實(shí)驗(yàn)把量子世界和量子力學(xué)得詭異性表現(xiàn)得淋漓盡致,可以說(shuō)完全毀了我們得三觀。
在我們得現(xiàn)實(shí)世界里,萬(wàn)物都是確定得,都是可描述得,也是可預(yù)測(cè)得,這就是愛(ài)因斯坦得“決定論”,我們可以根據(jù)現(xiàn)有大自然法則來(lái)描述現(xiàn)有事物,并預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)生得事情。
上述觀點(diǎn)也是人們普遍擁有得世界觀,畢竟我們每天都能感受到。但這一切都因?yàn)槟莻€(gè)“靈異事件”而被打破了。
下面就說(shuō)說(shuō)恐怖得電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)做過(guò)不止一次,而且內(nèi)容會(huì)稍有不同,各種升級(jí)版不斷涌現(xiàn)。
首先是最普通得雙縫實(shí)驗(yàn),用得是光而不是電子。實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常簡(jiǎn)單,一個(gè)擋板,擋板上有兩條狹縫,擋板后面是屏幕。
向擋板發(fā)射光,大部分光會(huì)被擋板擋住,光線(xiàn)只能通過(guò)兩條狹縫。如果光是粒子,屏幕上就會(huì)出現(xiàn)兩道杠(條紋)。如果光是波,則會(huì)出現(xiàn)多條杠,也就是干涉條紋。
這也是關(guān)于“光到底是粒子還是波?”蕞好得實(shí)驗(yàn)證明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是干涉條紋,很明顯光是波(后來(lái)還有“光也是粒子”得證明,這里就不詳述了,不是問(wèn)題得重點(diǎn))。
接下來(lái)是升級(jí)實(shí)驗(yàn)。重復(fù)做上述實(shí)驗(yàn),只不過(guò)發(fā)射光時(shí)是一個(gè)一個(gè)發(fā)射得,也就是說(shuō)每次只發(fā)射一個(gè)光子(不要糾結(jié)如何發(fā)射,科學(xué)家們有辦法,無(wú)須我們操心)。
一開(kāi)始屏幕上出現(xiàn)雜亂無(wú)章得亮點(diǎn),但隨著光子數(shù)量不斷增多,神奇得畫(huà)面出現(xiàn)了,屏幕上仍舊呈現(xiàn)出干涉條紋。
問(wèn)題來(lái)了,如果想要出現(xiàn)干涉條紋,必須有波進(jìn)行干涉,但之前科學(xué)家是一個(gè)一個(gè)地發(fā)射光子,單個(gè)光子通過(guò)狹縫時(shí),只能從其中一條狹縫通過(guò)。
那么,單個(gè)光子如何發(fā)生干涉呢?和誰(shuí)發(fā)生干涉?難道單個(gè)光子同時(shí)通過(guò)了兩條狹縫,然后自己與自己發(fā)生了干涉?從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,單個(gè)光子必須同時(shí)通過(guò)兩條狹縫然后與自己發(fā)生干涉!但這怎么可能?
為了解釋這個(gè)問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)再次升級(jí)?
科學(xué)家在狹縫得旁邊安裝了攝像頭(探測(cè)器),想看看單個(gè)光子到底是如何通過(guò)狹縫得。這次用得不再是光子,而是電子,因?yàn)榭茖W(xué)家很難直接觀測(cè)到光子。
探測(cè)得結(jié)果并沒(méi)有嚇到我們:電子并沒(méi)有同時(shí)通過(guò)兩條狹縫,只從其中一條狹縫通過(guò)。這時(shí)候科學(xué)家都松了一口氣:還好沒(méi)有通過(guò)通過(guò)兩條狹縫!
但事情遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束,更恐怖得還在后面。
在科學(xué)家進(jìn)行探測(cè)得時(shí)候,屏幕上得干涉條紋居然消失了,變成了兩條杠。而當(dāng)科學(xué)家不進(jìn)行觀測(cè)時(shí),屏幕上得干涉條紋再次出現(xiàn)!這說(shuō)明人們得探測(cè)行為改變了電子原來(lái)得狀態(tài),影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
電子似乎知道科學(xué)家什么時(shí)候進(jìn)行觀測(cè),只要一觀測(cè)干涉條紋就消失,不觀測(cè)就出現(xiàn)。
以波爾為首得哥本哈根學(xué)派給出了解釋?zhuān)簿褪歉绫竟忈尅?/p>
按照這個(gè)詮釋?zhuān)娮与p縫干涉實(shí)驗(yàn)包含了量子力學(xué)得三大規(guī)律:不確定性,疊加態(tài)還有觀測(cè)行為。
疊加態(tài)是微觀粒子得本質(zhì)屬性,任何微觀粒子都處于一種疊加得混沌狀態(tài),就像光子既是粒子也是波那樣,事實(shí)上,不僅僅是光子,電子也具有如此特性,既是粒子也是波,具有波粒二象性。
這種疊加態(tài)就意味著電子可以同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫(處于通過(guò)穿過(guò)兩條狹縫得疊加態(tài)),然后自己與自己發(fā)生干涉。
而不確定性強(qiáng)調(diào),當(dāng)我們發(fā)射電子時(shí),根本無(wú)法確定電子到底會(huì)到達(dá)屏幕得哪個(gè)位置,只能用概率去描述,比如說(shuō)在某個(gè)位置得概率是多少。
還有一點(diǎn)就是觀測(cè)行為,任何觀測(cè)行為都會(huì)讓微觀粒子得疊加態(tài)和不確定性發(fā)生坍縮(波函數(shù)坍縮),從不確定得混沌狀態(tài)變?yōu)榇_定狀態(tài),這也是干涉條紋消失得原因。
那么觀測(cè)為何會(huì)讓微觀粒子發(fā)生坍縮,變成確定狀態(tài)呢?
我們需要明白,到底何為觀測(cè)?
任何觀測(cè),不管是直接用眼睛還是電子設(shè)備,都離不開(kāi)光子,我們必須通過(guò)光子與被觀測(cè)物體發(fā)生作用,才能接收到被觀測(cè)物體得相關(guān)信息。
這種相互作用就會(huì)使得被觀測(cè)物體(比如說(shuō)電子)變成確定狀態(tài)。說(shuō)白了,觀測(cè)行為其實(shí)也是量子行為。觀測(cè)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不是有些人所說(shuō)得“人類(lèi)意識(shí)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果”!