不是这个世界本来就在这里,而是你去看的那一个瞬间,世界变成了你看到的世界。
双缝实验著名的干涉图案
双缝实验,著名光学实验,在1807年,托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》,里面综合整理了他在光学方面的工作,并在里面第一次描述了双缝实验:
把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸,不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。
从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,就会形成一系列明、暗交替的条纹,这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
在量子力学里,双缝实验(double-slit experiment)是一个测试量子物体像光或电子等等的波动性质与粒子性质的实验。
双缝实验所需的基本仪器设置很简单。拿光的双缝实验来说,照射相干光束于一块内部刻出两条狭缝的不透明挡板。在挡板的后面,摆设了照相底片或某种侦测屏,用来纪录通过狭缝的光波的数据。从这些数据,可以了解光束的物理性质。
光束的波动性质使得通过两条狭缝的光束互相干涉,造成了显示于侦测屏的明亮条纹和黑暗条纹,这就是双缝实验著名的干涉图案。
超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验
可是,实验者又发觉,光束总是以一颗颗粒子的形式抵达侦测屏。
那么直接用用电子来做这个实验会怎么样呢?
要讲的太多了,只取最核心的部分告诉各位这个电子双缝干涉实验及后来石破天惊的的“延迟选择实验”究竟给人类的知识大楼带来了怎样的冲击。
我们一个一个的发射电子,当第一个电子到达屏幕以后再发射第二个电子,结果呢?一样,我们依然得到了条纹干涉图案。
对此,唯一的解释是,单一的电子由无数的可能性构成,这些可能性包括该电子通过了双缝中的左缝;该电子通过了右缝;该电子没有通过任何一条缝。在通过双缝以后,该电子既是与自己的可能性发生了碰撞,产生了条纹干涉图案。
这个试验结果是无法解释的,所以科学家决定用观察的方法看看到底在双缝试验中发生了什么。但是,量子世界并不是那样简单就能解释的。在我们用仪器检测粒子是通过那个缝隙的同时,电子却在屏幕上打出了如宏观弹珠试验一样的双线图案!
双缝实验可能是科学史上最重要的实验,因为当观察者出现时很奇怪的事就发生了,那些粒子穿过双缝时会停止干涉现象,变成传统的两条纹图案,而行为不在像波浪一样形成许多条纹。
这意味着,仅仅是因为观察者的观察,电子就改变了自己的行为!
1979年在普林斯顿举行了一场纪念爱因斯坦诞辰100周年的活动。会上爱因斯坦曾经的同事—John Wheeler提出了一个实验,这就是著名的“Delayed Choice Experiment延迟选择实验”。
前面说过,人们一观测,电子就呈“粒子形式”通过双缝,人们不观测,电子就以波的形式通过双缝。
通过双缝之后放上摄像机,会出现什么情况
Wheeler提出,如果我们根据电子的速度,当确定它已经通过双缝之后,迅速的在后面的板上放上摄像机,会出现什么情况?
此话一出,天崩地裂。
无数的科学家马上开始动手设计实验,(当然最终的实验要比上文中描述的复杂的多,但其核心逻辑是一样—延迟选择。所以解释实验结果的时候依然假设实验就是上面说的这个极其理想化的版本,不然又要写上大段的文字了)
5年之后,马里兰大学的Carroll O Alley和其同事宣布实验已经成功,结果是当我们在确定电子已经通过双缝后,迅速的在后面的板上放上摄像机的结果是—出现了两道条纹!
反之亦然,如果迅速的拿掉摄像机,又会出现干涉条纹,即使我们在决定拿掉摄像机的时候,电子已经通过了双缝!
这说明了什么??我现在的一个动作(是否放摄像机),可以决定电子过去的一个动作(以什么方式通过双缝)!?
它意味着,当我们没有看电子的时候,电子就不是实在的东西,以波的形态飘浮在空间中。
你一睁开眼睛,电子的波函数在瞬间坍缩,变成一个实实在在的粒子,随机出现在某个位置上,让你能看到它。
波尔的解释更加恐怖:因为它居然认为世界是由意识决定的。互补原理是这样说的:电子既是一种粒子,也是一种波,它具有波—粒二重性。
但在每一个特定的时刻,电子不可能既是粒子又是波,而只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波,这取决于是否有人观察它,当没人观察它时,它就是波,而一旦有人观察它,它就变成了粒子。
通俗的说,你自以为了解你身后的世界,可是你知道吗?在你转身的那一瞬间,你身后的世界变成了你看到的世界,在你看的前一秒,并不是那样的。
不是这个世界本来就在这里,而是你去看的那一个瞬间,世界变成了你看到的世界。
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