電子雙縫干涉實驗如何理解?

候,投屏出現干涉條紋。觀測電子路徑的時候投屏出現兩條縫隙。科學家們應該都很聰明,不會讓探測器影響粒子的運動。有以下三個問題。

問題一:安裝探測器,探測器無記憶功能,切斷探測器輸出的信號線,開始實驗,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙?

問題二:安裝探測器,探測器無記憶功能,探測器輸出屏實時播報電子所通過的縫和對應投屏點位置,但是把探測器輸出屏鎖在密閉黑箱內。人只能觀察投屏,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙?

問題三:安裝探測器,探測器無記憶功能,探測器輸出屏實時播報電子所通過的縫和對應投屏點位置,但是把探測器輸出屏和一隻貓鎖在密閉黑箱內,讓一隻貓觀察探測器的測量結果。人只能觀察投屏,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙?


首先說一下量子力學中關於干涉的一系列實驗的發展過程。

1、1961年約恩松為了證明電子具有波動性,進行了電子雙縫干涉實驗,證明電子束可以發生雙縫干涉;

2、1976年梅麗團隊進行了單電子干涉試驗,他們用的不是雙縫而是電子稜鏡(通過一個特定電場彎曲電子的路線使電子發生干涉),證明了一個電子也能發生干涉,單個電子只能在屏幕打出一個點,但累計結果會顯示出干涉條紋;2012年有團隊進行了真正的單電子雙縫干涉實驗,結果相同;

3、1991史庫理等人進行了量子路徑擦除試驗,證明了當獲得光子路徑信息時,干涉圖像不存在。

4、1984年卡洛爾·阿雷進行量子延遲選擇試驗,證明量子能夠預知未來(誤),證明量子效應是超距作用。

以上就是目前關於量子效應研究的主要實驗,題主所說的電子雙縫干涉路徑觀測試驗目前只是思想試驗,並沒有實際進行。

而引起題主疑惑的應該是第三個量子路徑擦除試驗,我就簡單講一下對這個試驗的理解。

上圖是實驗第一階段的示意圖,上面的Argon laser激光發射器,能夠發射單個光子,經過光路後攝射入BBO晶體,這個晶體有一種特性,就是它可以吸收一個入射的光子,然後發射出一對糾纏的光子,每個光子的能量是被吸收光子的一半。其中一個光子(下稱光子B)被射入感測器Dp,另一個光子(下稱光子A)被射向雙縫,後面有感測器Ds。通過調整是光子B為垂直偏振,根據量子糾纏效應光子A為水平偏振。由於感測器只能接收很小面積的光子,所以實際實驗中需要感測器Ds延箭頭方向移動,在每個點上停留一段時間,從而掃描出干涉圖樣。

在第一階段,基本就是一般光的雙縫干涉實驗,Ds可以探測到干涉圖樣。Dp支路是否存在完全沒有用處。

下面進入第二階段。

上圖是實驗第二階段的示意圖,在雙縫前增加兩個四分之一玻片QWP1和QWP2,四分之一玻片可以改變光子的偏振模式,此時的光子A(水平偏振)會變成一個縫順時針圓偏振,另一個縫逆時針圓偏振。(標記路徑信息)

這時Ds無法掃描到干涉圖樣。通過感測器Dp進行聯合測量(就是當感測器Dp接收到光子時才認為Ds接收到的光子有效)也沒有干涉圖樣。

來第三階段。

上圖是實驗第三階段的示意圖,在感測器Dp前加一個起偏器,使光子B變為45度角偏振。這時與之糾纏的光子A也變成45度角偏振。經過QWP1和QWP2時光子A就變成了每個縫50%順時針圓偏振50%逆時針圓偏振。(擦除路徑信息)

這時,Ds其實依然無法掃描到干涉圖樣的,但通過與感測器Dp聯合測量卻可以得到干涉圖樣。

詳細說明一下聯合測量,可以理解為,每當Ds收到一個光子,就看看Dp有沒有同步收到光子,並在數據上進行標記。

在第三階段通過數據分析我們發現,Ds所有數據的統計結果與第二階段是一致的;但如果我們把Dp同步收到光子的數據單獨拿出來統計,這部分數據則會呈現出干涉圖樣。

看了這個實際實驗過程是不是覺得沒那麼神奇和不可理解了。整個實驗過程與意識無關,所謂的觀測也不是拿高速攝像機去拍,所謂的干涉圖樣也不是直接出現在屏幕上的。

所以你的三個問題。

問題一:安裝探測器,探測器無記憶功能,切斷探測器輸出的信號線,開始實驗,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙?

答:你說的探測器應該是指Dp,把Dp拔掉,我們就無法得到聯合測量的結果,無法提取出干涉圖樣。

問題二:安裝探測器,探測器無記憶功能,探測器輸出屏實時播報電子所通過的縫和對應投屏點位置,但是把探測器輸出屏鎖在密閉黑箱內。人只能觀察投屏,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙?

答:同問題一。

問題三:安裝探測器,探測器無記憶功能,探測器輸出屏實時播報電子所通過的縫和對應投屏點位置,但是把探測器輸出屏和一隻貓鎖在密閉黑箱內,讓一隻貓觀察探測器的測量結果。人只能觀察投屏,投屏上會出現干涉條紋還是出現兩條縫隙。

答:同問題一。

最後,我不是專業搞物理的,只是一個科學愛好者,以上是我通過學習得到的個人理解,有什麼疑問我們可以繼續討論。


我認為這很好理解,而且和意識什麼的無關。

電子來到這裡,兩條路都一樣,那麼它同時走兩條路,如果你放了一個探測器或者一顆灰塵什麼的東西在其中一條路上,它會發現兩條路有差別,它猶豫不決最後亂選一條路走,就沒幹涉條紋了。

因為你要判斷它走哪條路必然要標記兩條路使之有差別,那麼必然失去疊加態。

同理,一個電子在飛行,它途徑上最開始是對稱的,到後來肯定不對稱,它發現左邊密度比右邊大,它就會做出選擇,自發退相干。

那隻倒霉的貓不會又死又活,它的存在影響了量子態發生退相干了。這個思考的方向是:宏觀影響微觀;另一個方向是:微觀影響宏觀,即量子態不會丟失,電子一直是疊加態,但是我們分明看到沒有干涉條紋了呀,那麼疊加的就是整個宇宙,我們只是其中一個宇宙而已,這就是平行宇宙解釋。那個貓是又死又活,它的不同狀態存在不同宇宙而已。


116 年前的 12 月 12 日,馬可尼收到橫跨大西洋、人類史上第一個無線電信號的那一天。


似乎什麼都沒有改變。

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包括馬可尼自己,當時沒有人能夠想像,在接下來的一百多年,通信會把世界變成什麼樣子。

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2016 年 8 月 16 日,世界第一顆量子通信衛星「墨子號」從酒泉發射的那一天。


就像當年的馬可尼一樣,我們也無從想像,未來的量子計算與量子通信,終將帶來一個怎樣的魔法時代。


絕對安全的信息傳輸?


智商秒殺全人類的人工智慧?


瞬移、穿越不再是科幻?

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潘建偉教授的量子通信衛星上天了。


5 年後,人人都會用無法破解的加密網路刷信用卡。你還覺得量子理論是象牙塔里的黑科技,和你的生活毫無關係?


讓我們先從神秘的量子理論開始,解密量子通信。


這註定是一場不可思議的旅程。

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如果你完全不懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證不用任何公式就能讓你秒懂,連 1+1=2 的幼兒園數學基礎都不需要。


如果你自以為懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證你看完會仰天長嘆:什麼是量子力學啊?

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正如量子力學大師費曼所說:沒有人懂量子力學。如果你覺得懂了,那肯定不是真懂。


在燒腦、反直覺和毀人三觀方面,沒有任何學科能夠和量子力學相比。如果把理工男最愛的大學比作霍格沃茲魔法學校,那麼唯一和量子力學專業相提並論的,只能是黑魔法。


然而,量子理論之所以如此神秘,並不是因為物理學家的故弄玄虛。其實,在量子理論剛誕生的搖籃時期,它只是一門人畜無害的學科,專門研究電子、光子之類小玩意兒。


「量子」 這個現在看來很厲害的名字,本意不過是指微觀世界中「一份一份」的 不連續能量


這一切,都源於一次物理學的靈異事件。

百年戰爭

20 世紀初,物理學家開始重點糾結一個糾結了上百年的問題:光,到底是波還是粒子?

  • 粒派

所謂粒子,可以想像成一顆光滑的小球球。

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每當你打開手電筒,無數光子就像出膛的炮彈一樣,筆直地射向遠方。


很多著名科學家(牛頓、愛因斯坦、普朗克)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明了光是一種粒子。

  • 波派

所謂波,就像往河裡扔塊石頭,產生的水波紋一樣。

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如果把光看作是一種波,可以完美解釋干涉、衍射、偏振等經典光學現象。


很多著名科學家(惠更斯、楊、麥克斯韋、赫茲)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明了光是一種波,電磁波。


可問題是,波和粒子畢竟是兩種截然不同的東西啊!

  • 粒子可分成一個一個的最小單位,單個粒子不可再分;波是連續的能量分布,無所謂「一個波」或者「兩個波」;
  • 粒子是直線前進的,波卻能同時向四面八方發射;
  • 粒子可以靜止在一個固定的位置上,波必須動態地在整個空間傳播。

波與粒子之間,存在著不可調和的矛盾。


於是自古以來,塞伯坦星上的科學家就分成兩派: 波派和粒派 ,兩派之間勢均力敵的百年撕逼戰爭從未分出勝負。

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很多人問我:科學家為什麼要為這種事情勢不兩立,大家擱置爭議、共同研究不就得了。


為了一個字:


信仰!

千面之神

且問你:《權力的遊戲》中,信奉七神的維斯特洛人民,為何要與信奉舊神的關外野人拼個你死我活?

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自古以來,人們為了信仰爭端大開殺戒,早已不足為奇。


唯一的和諧社會可能是古希臘:他們的神多達百八十號,有管天上、有管地下,各路神仙各司其職,倒也井水不犯河水。


人稱:希臘眾神。

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要命的是,科學家們信仰的神只有一個,而且是放之宇宙而皆準的全能大神。這位神祇的名字,叫作 真理


大到宇宙的誕生,小到原子的運轉,科學家們相信,這個世界的萬事萬物都是基於同一個規律,可以用同一個理論,甚至同一套方程解釋一切。比如,讓蘋果掉下來把牛頓砸暈的是萬有引力,讓月亮懸在空中掉不下來的也是萬有引力。用同一個方程,既能算出地球的質量,也能讓馬斯克的獵鷹九號火箭上天,這就是科學的威力。


想要一個宇宙、兩種規律?


對不起兄弟,別在科學界混了,您可以去跳個槽,比如競選總統。


當然,科學家們沒有誰敢自稱是真理的代言人,就連牛頓謙虛起來都是這樣的:「我只是一個在海灘上撿貝殼的孩子,而真理的大海,我還沒有發現啊!」


就算是撿貝殼,撿的多了,說不定拼到一起就能窺見真理之神的全貌呢!


整個科學史,就像一個集卡拼圖的過程。做實驗的科學家們每發現一個科學現象,搞理論的科學家們就絞盡腦汁推測它背後的運行規律。不同領域的大牛把各方面的知識、理論慢慢拼到一起,真理的圖像就漸漸清晰。

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在 20 世紀初,光學的知識儲備和數學理論越來越完善。大家逐漸覺得,這一塊的真相總算有希望拼出來了——結果卻發現,波派和粒派的理論早已背道而馳,還各自越走越遠。這就好比你集了一輩子卡片,自以為拼得差不多了。這時突然發現,你拼出的圖案居然和別人是不一樣的,而且差的不是一點點!


是不是有種把對方連人帶圖都砸爛的衝動?


當時波派和粒派都堅信,自己手上的拼圖,才是唯一正確的版本。


雙方僵持不下直到 1924 年,終於有人大徹大悟: 波 or 粒,為什麼光不能兩者都是呢?


也許在某些時候,粒子看起來就像是波;在另一些時候,波看起來就像是粒子。波和粒如同陰陽一般相生相剋,就像一枚硬幣的正反兩面(波粒二象性),只不過我們一直以來都在盲人摸象、各執一詞。

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真理確實只有一個,但是真理的表現形式,會不會存在著多個版本?


難道真理就是那個千面之神,用千變萬化的面目欺騙了我們如此之久?

靈異的實驗

究竟是波,是粒,還是波粒二象,大家決定,用一個簡單的實驗來做個了斷:

  • 雙縫干涉實驗

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雙縫,顧名思義,就是在一塊隔板上開兩條縫。


用一個發射光子的機槍對著雙縫掃射,從縫中漏過去的光子,打在縫後面的屏上,就會留下一個光斑。(等效於 1961 年電子雙縫干涉實驗)


在實驗之前,科學家的推測如下:


第一種可能


如果光子是純粒子,那麼屏幕留下兩道杠。


光子像機槍發射的子彈一樣筆直地從縫中穿過,那麼屏幕上留下的一定是 2 道杠,因為其他角度的光子都被板擋住了。

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第二種可能


如果光子是純波,那麼屏幕上會留下斑馬線般的一道道條紋。


光子穿過縫時,會形成 2 個波源。兩道波各自震蕩交匯(干涉),波峰與波峰之間強度疊加,波峰與波谷之間正反抵消,最終屏幕上會出現一道道複雜唯美的斑馬線(干涉條紋)。

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第三種可能


如果光子是波粒二象,那麼屏幕圖案應該是以上兩種圖形的雜交混合體。


總之,


兩道杠 = 粒派勝;


斑馬線 = 波派勝;


四不像 = 平局。


是波是粒還是二合一,看屏幕結果一目了然,無論實驗結果如何,都在我們的預料之中。


第一次實驗 :把光子發射機對準雙縫發射。


結果 :標準的斑馬線。

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根據之前的分析,這證明光子是純波。OK,實驗結束,大家回家洗洗睡吧。


粒派不服:我明明知道光子是一個一個的粒子!


這樣,我們再做一次實驗,把光子一個一個地發射出去,看會怎麼樣,一定會變成兩道杠的!


第二次實驗 :把光子機槍切換到點射模式,保證每次只發射一個光子。


結果 :斑馬線,竟然還是斑馬線,怎麼可能?我們明明是一、個、一、個把光子發射出去的啊!


最令人震驚的是,一開始光子數量較少時,屏幕上的光點看上去一片雜亂無章,隨著積少成多,漸漸顯出了斑馬線條紋!

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光子要真的是波,那粒派也不得不服。


問題是:根據波動理論,斑馬線來源於雙縫產生的兩個波源之間的干涉疊加;而單個光子要麼穿過左縫、要麼穿過右縫,穿過一條縫的光子到底是在和誰發生干涉?


難道……光子在穿過雙縫時分裂成了兩個?一個光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手發生了關係?事情好像越來越複雜了。乾脆一不做二不休,我們倒要看看,光子究竟是怎樣穿過縫的。


第三次實驗 :在屏幕前加裝兩個攝像頭,一邊一個左右排開。哪邊的攝像頭看到光子,就說明光子穿過了哪條縫。同樣,還是點射模式發射光子。


結果:每次不是左邊的攝像頭看到一個光子,就是右邊看到一個。一個就是一個,從來沒有發現哪個光子分裂成半個的情況。


大家都鬆了一口氣。 光子確實是一個個粒子,然而在穿過雙縫時,不知怎麼就會變形成兩道波同時穿過,形成干涉條紋。


雖然詭異了些,不過據說這就是 波粒二象性 了,具體細節以後再研究吧,這個實驗做得人都要精分了。


然而,就在這時,真正詭異的事情發生了……


人們這才發現,屏幕上的圖案,不知什麼時候,悄悄變成了兩道杠!


沒用攝像頭看,結果總是斑馬線,光子是波;


用攝像頭看了,結果就成了兩道杠,光子變成了粒子。


實驗結果取決於看沒看攝像頭?


這不科學啊,做物理實驗竟然見鬼了啊!

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一個貌似簡單的小實驗做到這份上,波和粒子什麼的已經不重要了,重要的是現在全世界的科學家都懵逼了。


這是有史以來第一次,人類在科學實驗中正式遭遇靈異事件。

觀察者魔咒

你還沒看出靈異在哪裡?


好吧,請先看懂下面這個例子:


電視里正在直播足球比賽,一個球員起腳射門——

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「咔」暫停,你預測一下這個球會不會進?


在球迷看來: 球進還是不進,和射手是不是 C 羅、梅西有關,和對方門將的狀態有關,和裁判收沒收錢說不定還有關。


在科學家看來: 有關的東西更多,比如球的受力、速度和方向,距離球門的距離,甚至草皮的摩擦力、球迷吼聲的分貝數等等。


不過,只要把這些因素事無巨細地考慮到方程里計算,完全可以精確預測三秒後球的狀態。但無論是誰,大家都公認的是,球進與不進,至少和一件事情是絕對無關的:


你家的電視。


無論你用什麼品牌的電視,無論電視的屏幕大小、清晰度高低、質量好壞,無論你看球時是在喝啤酒還是啃炸雞,當然更無論你看不看電視直播——該進的球還是會進,該不進就是不進,哪怕你氣得把電視機砸了都沒用。


你是不是覺得,上面說的全都是廢話?那麼,仔細聽好:


雙縫干涉的第三次實驗證明了,在其他條件完全相同的情況下,球進還是不進,直接取決於在射門的一瞬間,你看還是不看電視!


看還是不看,這是一個問題!


光子從發射器射向雙縫,就好比足球射向球門;用攝像頭觀測光子是否進縫、怎麼個進法,就好比用電視機看進球。


第三次實驗與第二次的唯一區別,就是實驗 3 開了攝像頭觀察光子(看電視),實驗 2 沒放攝像頭(不看電視)——兩次實驗的結局竟截然不同。


這,就是觀察者的魔咒。


難道說,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬間變成粒子?


難道說,「光子是什麼」這一客觀事實,是由我們的觀察(放不放攝像頭)決定的?


難道說,對事物的觀察方式,能夠改變事物本身?

三觀崩塌

在所有人懵逼的時候,還是有極少數聰明人,勇敢地提出了新的理論: 光子,其實是一種智能極高的外星 AI 機器人。


之所以觀察會導致實驗結果不同,是因為光子在你做實驗之前就悄悄偵查過了,如果發現有攝像頭,它就變成粒子形態;如果發現是屏幕,就變成波的形態。


這個理論讓我想起了傳說中的:

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難道機器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日語「アトム」的發音直譯,詞語源自英語「Atom」,意即「原子」)

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這種扯淡理論居然沒被口水噴死,還要做實驗去驗證它,可見科學家們已經集體懵逼到了什麼地步。


第四次實驗:


事先,只有屏幕沒有攝像頭;


我們算好光子穿過縫的時機,等它穿過之後,再以迅雷不及掩耳之勢加上攝像頭。(等效於 1978 年惠勒延遲選擇實驗)


結果是啥?


無論加攝像頭的速度有多快,只要最終加上了攝像頭,屏幕上一定是兩道杠;反過來,如果一開始有攝像頭,哪怕在最後一刻秒秒鐘撤掉,屏幕上一定是斑馬線。


回到看球賽的那個例子,就好比:我先閉上眼睛不看電視,等球員完成射門、球飛出去 3 秒鐘後,我突然睜開眼睛,球一定不進,百試百靈。

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在你衝出門去買足彩之前,我先悄悄提醒你:這種魔咒般的黑科技,目前只能對微觀世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球這樣的大傢伙,量子還做不到啊!


請注意,加不加攝像頭,是在光子已經穿過雙縫之後再決定的。不管光子在穿縫的時候變成什麼形態,過了縫應該就定型了。


既然光子的狀態在加攝像頭之前就定型了,為什麼實驗結果還是能在最後一刻發生變化?


難道說,在之後做出的人為選擇(未來),能夠改變之前已經發生的事實(歷史)?


而且,加攝像頭的速度,可以做到非常快(40 納秒)。就算光子真的是個狡猾的微型變形金剛,當它變成波的形態穿過雙縫,在最後一刻卻發現面前是一個攝像頭時,它也來不及再次變身了吧?


「主觀決定客觀」「未來改變歷史」「外星人其實是無處不在的光子」……


好端端一個實驗弄得謠言四起,物理學家們紛紛感到幾百年來苦心經營的科學體系正在崩塌。


與之一起崩塌的,還有全人類的三觀。


量子魔法時代的大幕,正在徐徐拉開。


為了一隻貓的死活,100 年前的天才哲學家,學歷最高的足球運動員,撩妹無數的量子力學教授……他們都在糾結個啥?

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另一些人,卻恰恰相反——他們做任何事,都是為了糾結,下面我要說的,就是另一些人的故事。

學歷最高運動員

1908 年夏天。


丹麥,哥本哈根。


一名足球運動員正在思考自己的前程。


23 歲,是時候做個決定了。比自己小兩歲的弟弟,已經成為國奧隊的中場核心。在剛剛結束的倫敦奧運會上,哈那德·玻爾率丹麥隊 17:1 血洗法國隊,斬獲銀牌創造「丹麥童話」,一夜之間成為家喻戶曉的球星。


而我,作為丹麥最強俱樂部——哥本哈根 AB 隊的主力門將,居然從未入選國家隊,這簡直是一種恥辱。

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國家隊大名單里怎能沒有我?


教練說我什麼都好,唯一的弱點是喜歡思考人生。


上次和德國米特韋達隊踢友誼賽,對手竟敢趁我在門框上寫數學公式的時候,用一腳遠射偷襲,打斷我的思路!最後一刻不還是被我的閃電撲救解圍,要是後衛早點上去堵槍眼,那場球踢完就可以交作業了。


是成為世界最偉大的門將,還是成為世界最偉大的物理學家,這是一個問題,我需要糾結一下。

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第一章里我們講到,100 多年前,為了搞清光子究竟是波還是粒子,科學家們被一個貌似簡單的「雙縫干涉」實驗弄到集體「精分」。


這個實驗明白無誤地說明,光子既可以是波,也可以是粒子。


至於它到底是什麼,取決於你的 觀測姿勢


裝攝像頭觀測光子的位置,它就變成粒子;不裝攝像頭,它就是波!


我們曾經天真地以為,無論用什麼樣的姿勢看電視直播,都不可能影響球賽結果,可是在微觀世界中,這個天經地義的常識好像並不成立,這就是那麼多高智商理工男懵逼的原因。


但是在玻爾看來,將宏觀世界的經驗常識套用到微觀世界的科學研究上,純屬自尋煩惱。


通過常識,我們可以理解一個光滑小球的物理屬性;但是憑什麼斷定,組成這個小球的萬億億億個原子,也一定有著和小球完全相同的屬性?


憑什麼在微觀世界中,原子、電子、光子,一定要遵循和宏觀世界同樣的物理法則?


一般人糾結的問題無非是:量子世界的物理法則為什麼這麼奇怪啊……


只有天才,能夠直截了當問出關鍵問題:這些法則是什麼?


嚴格來說,量子理論是一群人,而不是一個人創立的。但是如果一定要選出一個「量子力學代言人」的話,我覺得非玻爾莫屬,因為當別人糾結的時候,他第一個想通了。

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通過前面那些燒腦的實驗,玻爾總結了量子世界的三大基本原則:

  • 態疊加原理

在量子世界,一切事物可以同時處於不同的狀態(疊加態),各種可能性並存。比如,在雙縫干涉實驗中,一個光子可以同時處在左縫和右縫。這種人類無法想像的疊加態,才是最普通不過的本質形態;而在我們看來「正常」的非黑即白,才是一種特例。

  • 測不準原理

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這個老問題就懶得打那麼多字詳細回答了……推薦一本書,《上帝擲骰子嗎?:量子物理史話》曹天元著,裡面對這個問題有非常詳細的討論。


說一點我自己的理解吧。

首先,這個實驗上的觀測,更準確的說法應該是測量。只要通過相關的儀器設備,獲取了電子的具體位置,就視為測量成功,這與觀測者主觀上是否進行觀測無關。

這個可以這麼理解。要想完成觀測,觀測者和被觀測者必然要進行某種形式的交互,被觀測者必然要輸出信息。我偷窺對面的女生宿舍,是對面房間里的燈光,照射到對方的身上,光線(電磁波)反射到了我這裡,被我的眼睛接收。我通過這種形式與對面的女生完成了交互,她輸出了她的信息,儘管她本人可能並不知情。

又如,我去住酒店。正常情況下,燈光照到我身上,然後就反射到周圍的牆壁上了。然後有人安裝了攝像頭,這樣,我就有部分光線進入到攝像頭裡了,攝像頭接收到的我的光線,獲取到了我的信息,我把我的信息輸出給了攝像頭,無論攝像頭是否插著線(信息接受後能否有效傳遞),無論攝像頭的屏幕前有沒有人看(信息能否有效存儲並處理)。

然後,回到問題。

題主要觀察電子的路徑,本質上就是採用各種手段,要讓電子報出自己的具體位置。只要電子報出了自己的具體位置(輸出信息),那麼波函數就坍縮了,這與你有沒有接收到它報出的信息無關。


很簡單啊,未觀察前是一直在運動狀態,人只要一觀察結果就已經是歷史了,所以這個狀態就已經發生了,因為你凡是看到的是已經發生過的事情,有什麼可奇怪的呢,不是波動粒子解釋的。波動是一種運動態,粒子是一種結果態,


吳金閃-系統科學導引


有一個經典的物理實驗,叫做光的雙縫干涉實驗。實驗方法很簡單,就是讓一束光通過硬紙板上的兩條平行的縫隙,我們就可以在紙板後面的幕布上看到明暗相間的條紋。這個實驗證明了光是一種波,因為光波在通過兩條平行的縫隙後發生了自我干涉,波峰與波峰相遇的地方亮度就會增強,波峰與波谷相遇,亮度就會減弱,於是就出現了明暗相間的條紋。


這個實驗在 19 世紀初就被科學家們做過了,100 多年來大家也沒覺得這個實驗有啥了不起的。可是進入到 20 世紀後,這個實驗開始被物理學家們高度重視起來。為啥?因為愛因斯坦提出的光的波粒二象性被各種實驗所證實了,這樣一來,物理學家們不得不面臨一個棘手的問題,那就是:既然光在最微觀的結構上是一個個的粒子,那當單個光子通過左縫時,它是怎麼知道右縫的存在呢?


剛開始,物理學家還能掩耳盜鈴,因為沒有人能在實驗室中讓光變成一個個的光子發射出去,所以物理學家們就想,或許讓光子一個個通過雙縫的話,就不會出現干涉條紋了。但是好景不長,沒過多久,物理學家們發現電子同樣具備波粒二象性,而電子要比光子容易控制多了,他們製造出了可以一個一個發射電子的電子槍。於是,電子一個一個地被射向雙縫,這個實驗一做就是一年多,當熒光屏上干涉條紋慢慢呈現出來時,物理學家們知道,一個潘多拉盒子被打開了,從此物理學的江湖大亂。


一個電子它怎麼就能夠通過左縫的時候知道還有另外一條右縫的存在,從而改變自己的運動軌跡呢?這個問題還可以用更簡潔的方式問:一個電子到底是通過了左縫還是右縫?


以玻爾為首的哥本哈根學派是這麼解釋的:一個電子同時通過了左縫和右縫!這並不是說電子會分身術,一分為二,一半通過左縫,一半通過右縫。哥本哈根學派創造出一個前所未有的概念,叫做疊加態。一個或一團基本粒子可以處於某種疊加態中,多種不同的狀態相互疊加在一起。一個電子可以同時處在不同的位置、擁有不同的速度和自旋方向。


正是因為在量子世界中,電子可以擁有如此神奇的本領,這才導致在雙縫實驗中,電子可以自己和自己發生干涉。這個概念當然會遭到很多物理學家的反對,他們繼續在實驗室中研究電子到底通過了哪條縫,可是非常奇怪的是,當他們在某條縫隙上安裝一個檢測裝置,一旦明確測定了電子通過哪條縫隙時,干涉條紋就消失了。哥本哈根學派繼續解釋說,電子以不同的概率同時處在所有可能的位置,在數學上,可以用一個波函數來描述電子在每一個位置上出現的概率。


而薛定諤方程就是一個描述波函數如何隨著時間演化的方程,這種演化在沒有測量之前,是連續平滑的。但是,一旦對電子進行精確測量,就會得到一個明確的結果,在測量的瞬間,描述多種狀態的波函數坍縮成了疊加態中的某一種狀態,中斷了波函數平滑的演變過程。


可能很多人還是聽不明白哥本哈根學派嘰嘰歪歪地在說什麼,沒關係,我們總結一下,你只要知道幾個結論性的概念就好。


第一,為了解釋電子的奇怪現象,哥本哈根學派創造出了一種叫做「疊加態」的概念,它完全超出了我們的日常生活經驗,沒有人能夠真正理解。這就好像讓一個天生的盲人去理解什麼是顏色一樣,他不可能真正理解,但盲人不能因此否定顏色的存在。


第二,當人們繼續追問,測量是如何導致波函數突然坍縮的,電子又是怎樣從疊加態突然變成了確定態的,哥本哈根學派就回答說這些問題沒有意義,我們不予回答,反正知道結果就好了。也確實,按照這套沒人能理解的理論,我們就是可以對電子的行為做出精確的計算,從而發明電子計算機等等一系列電子產品。


但是,這樣一個理論,讓很多物理學家感到非常難受,他們孜孜不倦地尋找著一個更加合情合理的理論,就好像一個不弄清楚顏色是什麼就絕不罷休的盲人一樣。埃弗里特就是他們中的一員。


1954 年的某個夜晚,埃弗里特和幾個好友喝了幾杯,正在暈暈乎乎的時候,一個絕妙的想法突然出現在他的腦子中,在隨後的幾個星期中,他把這個想法發展成了一篇論文的初稿,正是這篇論文,創造了今天被無數科幻作家們熱愛的平行宇宙。


埃弗里特是這麼想的:

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我認為波只是能量傳遞在物體物質上的表現形式 物質還是物質 永遠不會是波 跟加熱鐵塊會變紅 敲打石頭會碎裂一樣 能量在物體上的傳播和作用 也可以是以波的形式 就比如水波 它還是水 只是有能量在裡面傳遞 讓水顯示出波的樣子 難道你會糾結水到底是粒子還是波?明白了這個道理 光也變得非常簡單 光既不是波也不是粒子 它只是能量 這種能量作用到物體上 會讓物體產生波動 就這麼簡單如果沒有反射物 你是看不見光的 就像你不能隔空製造浪花一樣

要是我的話 我會用水分子進行實驗 看看它會不會產生干涉?加上測量又會不會變成雙縫?到底多微觀才能產生如此現象?我個人是不贊同哥本哈根理論的——強詞奪理生搬硬套 用結論解釋原因 這套理論最大的問題就在於它沒有解釋為什麼觀測會使疊加態塌縮 以及電子是怎麼知道你在觀測它的?整個實驗自始至終都是在用單個粒子進行實驗 如果一開始就用波的狀態實驗呢 按照這套理論 加上觀測 難道也會變成兩條縫么?


是不是單電子的雙縫干涉實驗?如果不把電子看成一個一個的!說不定能解釋這個現象


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