双缝干涉实验,能颠覆你对一切的认知,甚至让你怀疑现实世界。

2021-05-18 21:56:36 探索宇宙百科

双缝干涉实验是量子力学最经典的实验,能颠覆你对一切的认知,甚至让你怀疑现实世界。为了知道光到底是波还是粒子,科学家做了著名的电子双缝实验,正是由于这个实验,量子力学才被人们所接受,量子力学与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。在我们的常识中,我们观测到的现象,要么表现出粒子性,要么表现出波动性。比如一只飞行中的蚊子,尽管它不停地飞来飞去,让你眼花缭乱,但实际上它在每一个时间点里只会出现在一个位置,这就是粒子性。比如你往水平扔一颗石头,当它落入水中的时候所产生的涟漪就是波动性。而在微观世界里,我们的常识就不是那么好用了,因为那些微小的粒子,它们具有“波粒二象性”,简单地讲,就是它们的行动方式既可以是波动性质,也可以是粒子性质。

双缝干涉实验”就是为了演示微观粒子的波粒二象性而做的实验。具体实验步骤如下,制造与地面垂直的两条平行缝,并在双缝的后面放置一个探测屏幕,另一端放置一个发射器来发射粒子。通过双缝向屏幕发射粒子,神奇的事情发生了,粒子通过双缝后并没有按照正常逻辑形成两条平行于双缝的条纹。而是出现了多条明暗相间相互干涉的条纹。我们可以看出,这个实验结果显示出了干涉现象,也就是说粒子在运动过程中表现出了波的性质,它能够以波的形式同时穿过两条缝隙,并且“与自己产生干涉现象”。这便是量子力学中的叠加态原理。

看到这里,你肯定会认为这并没什么“恐怖”的,别急,我们接着讲。虽然我们无法直接看见粒子,但是可以通过感应装置来观察它,为了搞明白粒子在这个过程中的运动轨迹,研究人员在两个缝隙上都安装了能够观察粒子的感应装置,这样我们就可以知道,粒子到底是通过了哪一个缝隙。然后诡异的事情就发生了,当研究人员安装了感应装置之后,再次进行双缝实验时,他们惊奇地发现,粒子的干涉条纹消失了,不管发射了多少个粒子,它们都只表现出粒子性。而当研究人员移除了感应装置,粒子的干涉条纹马上就又出现了!这个实验的结果让科学家非常困惑,这便是量子力学中第二定律,观察着原理。既然你观测了,就会引起叠加态的坍缩,并看到一个确定无疑的结果。光是波还是粒子似乎都说得过去,通俗地说就是既可以表现出波的性质,又可以表现出粒子的性质。而这其中的变量,只是因为观测方式的不同。

你以为这就结束了,其实怀疑人生的实验才刚刚开始。随着科技的进步,人们有了更先进的实验设备。人们再次升级实验方式,在最新版本的双缝干涉实验中,摄像机放在挡板前,但是未开机。当光子通过挡板上的两条缝隙。在撞到挡板后面的屏幕之前,摄像机突然开机了。这时,令人惊异的现象出现了,当摄像机开机的瞬间,光子从波动状态变成了粒子状态,光子仿佛跨越了时间。回到了过去,也就是说光子知道人们在偷偷观察它,并可以改变实验结果。谁在控制光子?他为什么要这么做?难道他在向人类隐瞒什么?微观粒子就像是一个个有思想的、无所不知的精灵。

双缝实验”的结果,使人们或多或少地对这个世界的真实性产生了怀疑,如果我们没有观测的时候,那些除了我们自己可以观测到的人和事以外,其他的很多人和事会不会都是以“波函数”形式存在?当我们观测到某个人的时候,这个人就变得真实了,他的过去、现在也就被确定了。而当我们不再观测这个人,那么他是不是又回到了“波函数”的形式呢?这就是量子力学神奇的地方。问下屏幕前的你,我们这个世界,是真实的吗?欢迎在评论区留言和转发。谢谢大家。

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