量子力学中最神奇的实验,双缝实验为什么让科学家感到不安?

2022-01-27 19:00:13 奇怪姿势涨知识
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综述

在科学界,牛顿的地位可以说是非常高的,无论是在物理学界,还是对于数学界,他都发挥了极为重要的作用,推动了这两个领域的发展和壮大。

同样的,他对光学领域的发展也做出了不小的贡献。在非常长的一段时期,当科学家们讨论到光这个现象时,都会认可“光的粒子学说”,慢慢的都认为这就是真正的光的学说。后来,由于一个科学家做了一项实验,使大家对光的认识有了更加突破性的理解。


光的发展

提到光学的鼻祖,我们会想到那个功勋卓越的科学家,他对全世界物理和数学领域的发展都做出了不可磨灭的贡献。他曾说过自己只不过是站在了前人的肩上,他就是牛顿

17世纪牛顿建立了经典力学,牛顿认为许许多多的微小粒子聚集在一起,构成了粒子群,最后变成我们见到的光,这也就是光的粒子学说。

这个理论很好的解释了光的反射、折射现象,科学家们在后来的很长的一段时间里都把这个学说认为是正统光的学说。

后来,到了十八世纪,科学家托马斯.杨做了一项震惊科学家的实验,这项实验叫作双缝干涉实验,该实验一反常态,解释到光的特征属于一种波,并不是所谓的粒子

就这样,一段时间后,光的波动性学说渐渐的代替了光的粒子学说并慢慢的成为了正统光的理论学说。

一百年后,科学家们对光学的研究并没有停滞不前,他们发现光的波动性无法解释一些很常见的科学现象,最后,随着普朗克量子力学的快速发展,科学家们提出了“波粒二象性”,也就是说,光既具有粒子性也具有波动性,所以称之为光的波粒二象性

科学技费曼曾经说到,在量子力学中,最重要的实验就是双缝干涉实验,这个实验深刻的突显了量子力学的奥妙。


双缝干涉实验

双缝干涉实验的重要性是相对而言的,对于经典力学而言,这项实验只是对光的波动性进行了一些解释,并没有什么其他大的作用

,但是在量子力学里,要想完全搞清楚双缝干涉实验就没有那么容易了,这也成为了许多科学家想要搞清楚的问题。

该实验说的是,把一小束单色的光从一个非常狭小的单缝里穿过,紧接着让他从一个双缝穿过,最后观察在双缝后边的大屏谱上是否出现一些条纹图案

虽然这个实验过程听上去非常容易做,但是细细分析的话,有一个问题让科学家们非常疑惑。从光的粒子性学说出发,当单个粒子穿越单缝和双缝时,就好像这个粒子把自己分成了两半,并且这分成两半的粒子同时穿过了单缝和双缝最后当落到大屏幕上时这两个粒子又重新变成了一个单独的粒子

这个实验的推理让许多科学家都难以接受,但是他们对这个实验的过程进行了缜密的分析,并且重复做了许多次这个实验,最后的最好结论还是这个。

即使人们对这个神秘的实验存有质疑,但是那么多有权威的科学家都做了大量的实验来证明它,也说明了这个实验的科学性。


科学家的不安

双缝干涉实验刚刚被提出时,许多科学家都做了重复的实验来证明他,但是无论是实验的过程还是实验的结果,这个实验都让一些科学家感到不安。有一个外国科学家,他的名字叫梅里,他想到了利用摄像机来记录粒子运动过程的方法,后来当他用摄像机观察粒子的移动后,结果令他感到毛骨悚然。

当摄像机照向粒子时,这些粒子好像有了自己的意识,他们好像知道了有人在观察自己的行动轨迹,所以他们停止行动,就这样屏幕上行的条纹图案就消失了

当梅里看到这一结果时,他有很长一段时间不再相信摄像机的作用了,他向外界宣称,粒子不是凭空传到屏幕上的,人类的意识可以主观控制这些粒子的行动

这对于长期研究光的科学家们来说无疑是非常荒唐的,但有的科学家们跟梅里做了相同的实验,结果也是一样。

而到现在,科学家也没有对这个实验给出一个合理的解释,科学家们能做的就是等待一个新的实验或者提出一个新的理论来合理的解释他。都说科学的尽头是神学,而当做完这个实验后,这个看似是调侃的一句话没准就真的成为现实了。


小结

就像外界的传闻一样,双缝干涉实验是不是一项普通的实验,它能让许多科学家感到不安甚至是恐怖,这充分表现了这个实验的与众不同。仔细想一下,这个实验真正细思极恐的地方在什么地方呢?

也就是说,假如我们人类的世界跟电影里一样都是由一个造物主创造的话,我们所谓浩瀚的宇宙不过只是他的一个玩具或者是他所设置的所谓的“程序”。

而当这个造物主观察时,我们的宇宙可能已经发生了时间错变,而我们的感官却还没进化到能观察到这一错变的程度。如今科学发展迅速,有这样的猜测其实是不应该的,但是通过对干涉双缝实验的研究,谁又能知道这种猜测是不是真的呢?

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