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深层剖析:电子双缝干涉实验结果让人“毛骨悚然”,究竟惊悚在哪儿?

更新时间:2023-10-23 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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双缝干涉实验所显示下来的结果是20世纪科学家集体遭受的一次“灵异风波”,在这个简单的实验中微观世界的基本本质,叠加态、不确定性、观察者效应凸显的淋漓尽致。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

而这三个现象有是这么的烧脑、违反直觉、毁人三观,所以我们常说双缝干涉实验的结果让人感觉脖子发凉,有这么一点“恐怖”的觉得。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

我们人类作为一个宏观世界的一部份,在量子热学出现之前我们的科学认知都是构建在现实的确定性之上的,我们科学理论可以完美的解释和预测宇宙中的任何现象。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

比如,通过牛顿热学我们可以确切的预测一个事物未来的发展动向,前提是只要晓得这个事物初始的状态,以及它未来所经历的互相作用。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

1846年,我们更是借助数学和物理预测的方法确切的发觉了海王星的位置,可以说这是人类宏观世界科学的一次伟大胜利。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

毫不夸张的说,假如有一台超级强悍的计算机,它可以依照已有的理论预测出宇宙中所有事物的未来,这就是现实世界的确定性,以及可预测性。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这不仅仅是我们普通人心里的世界观,也是20世界大部份科学家的世界观,爱因斯坦也不例外。并且这一切都被一场数学学的“灵异风波”打破了。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

是波还是粒子J1Q物理好资源网(原物理ok网)

微观世界的尺度特别小,都是些原子、电子之类的小玩意儿,这种东西除了在生活中看不到,就连科学家也仍然被挡在门外,我们真正了解原子、建立模型也就是上个世纪的事。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

并且有一个粒子常常在我们眼前晃来晃去,可以说晃了数百万年,那时我们还是树上的猴子,它就是光子!J1Q物理好资源网(原物理ok网)

尽管光子很常见,然而关于光是哪些?这个问题人类是想了几千年,直至17世纪牛顿大婶才说光是微粒,是一种实物粒子。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

不过当时就有人提出反对意见觉得光是波,由于身为粒子的光难以解释光的衍射现象,但是假如光是微粒的话为何我们看不见两束光发生碰撞呢?这个人就是惠更斯。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

因为惠更斯并拿不出任何实验证据,再加之牛顿学霸当时在科学家的声望极高,所以光是微粒就得到人们的认可。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这么关于光究竟是哪些?就在科学界产生了两个不同的派系:波派和粒派!J1Q物理好资源网(原物理ok网)

粒派所觉得的粒子,我们可以将其想像成为一个个光滑的小球,它们遵守实物粒子的运动规律。也就是说,当你打开手探照灯的刹那间既有无数颗光颗粒向子弹一个顺着直线向外狂奔。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

不仅牛顿之前所说的实物颗粒,普朗克和爱因斯坦后来也觉得光是一种粒子,称为光量子双缝干涉实验视频,这个光量子和牛顿的微粒有着本质的区别。量子是一份一份不可分割、且不连续的能量。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

波派所觉得的波,就类似于我们生活中常见的水波,有波峰、波谷,可以完美的解释光的衍射和干涉现象。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

可问题是波和粒子是完全不同的东西,在现实生活中我们看见的事物它是实物粒子就是实物粒子,它是波就是波,不可能存在两面性,我们也难以理解虽然波又是粒子的事物。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

双缝干涉实验视频_双缝干涉实验视频_双缝干涉实验视频J1Q物理好资源网(原物理ok网)

硬币不是正面就是背面,不可能有虽然正面又是背面的硬币,事物不是黑就是白,这就是现实的确定性。所以波派和粒派就持续骂战了百年,不分胜负。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

灵异实验:双缝干涉J1Q物理好资源网(原物理ok网)

其实微观世界有它自己的本质,其实它真的跟宏观世界不一样,其实宇宙真的须要两套不同的理论去解释,也是事物真的存在两面性,也就是波粒二象性,而我们只是各执一词、盲人摸象罢了。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这么光究竟是哪些?科学家决定做一个实验,这个实验可以完美侦测波和粒子的不同特点。双缝干涉实验似乎非常简单,就是在光源和侦测屏幕之间放一个开了两个狭缝的挡板。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

之后用光源向挡板啪啪啪发射光子,之后观察屏幕上的呈现。这个实验无外乎两种可能:J1Q物理好资源网(原物理ok网)

光就是粒子,就是我们所说的实物小球,或则是生活中的沙子、子弹,当光经过中间的挡板时,大部份的光会被封住,只有两条狭缝可以容许光通过,但是光在屏幕上留下两道杠。这就是粒子运动的典型特点。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

光是波,它可以像水波那样在经过两条狭缝之后发生干涉,波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,波峰和波谷抵消,最后在屏幕上留下干涉白色,看上去好似是斑马线。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

第一次实验,我们对准双峰发射光束,实验的结果是在屏幕上形成了疏密相间的干涉白色。这无疑说明,光确实是一种波,可以发生干涉。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这是否就说明波派胜利了?虽然不然,里面你是发射的光束,你能不能改成一个个光子来发射。也就是我们上文说的光量子。粒派觉得这样铁定是两道杠!J1Q物理好资源网(原物理ok网)

第二次实验:重复做上述过程,一个一个发射光子,原本因为光子的数目甚少,在屏幕上出现了零乱无章的纹样,然而当光子数目增多时,神奇的事情发生了,屏幕上开始显示出了干涉白色!J1Q物理好资源网(原物理ok网)

到这儿先不谈波粒之间的竞争,由于出现了一个全新的问题,我们晓得要想形成干涉白色,必须得有两个波进行干涉,这就是为何要开双峰的诱因,但缝的话任何波都不会形成斑马线。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

并且一个一个发射光子,单个光子要么经过右狭缝、要么经过左狭缝,单个光子在和谁发生干涉?莫非它同时经过了双缝,而且和自己发生了关系?所以说波粒之争的事情在双缝实验上显得越来越复杂了。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

怎么解决这个问题?科学家想到了一个办法,我们可以在左右狭缝后加上光电侦测器,来看一下单个光子究竟是通过了哪条狭缝,还是它会分身分别经过了两条狭缝?J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这儿须要注明一点:观察粒子经过哪条狭缝这个实验,历史上使用的是电子而不是光子,由于我们可以向电子发射光子来进行侦测它究竟经过了那个狭缝,而光子本身我们没法去侦测,所以使用光子的实验我们本身也做不下来,不过这不影响我们的思想实验。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

第三次实验:还是以扫射的形式发射光子,侦测的结果是,光子要么经过左狭缝,要么经过右狭缝,并没有分身,也没有同时经过两个狭缝,光子还是一个一个的粒子。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这时波派和粒派都松了一口气,这说明光子具有波粒二象性(虽然粒子的性质也在光电效应上得到了否认),它虽然波也是粒子,处在两种状态的叠加态,微观世界还真是奇特,粒子处在混沌的两面性。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

并且到这儿真正刷新人们三观的灵异风波发生了。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

我们不就是侦测了一下光子究竟经过了那个狭缝,竟然引起了屏幕上的干涉白色消失了,弄成两道杠。这说明我们的观测行为引起了光子的状态发生了改变。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这也意味着我们的观测行为,影响了结果。这听上去非常的玄学,莫非我们看不看一个事物就能改变它的最终状态。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

观察者效应J1Q物理好资源网(原物理ok网)

微观世界其实离我们很远,我们难以感受到这件事道理灵异到了那里。下边我就举个宏观世界的反例。篮球这项运动看过吧。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

网球运动员射球的刹那间这个球进不进和篮球当时所处的位置、运动员加码的大小和位置、风速等等这种化学诱因有关,只要经过足够精细的科学剖析,我们才能判定出这个球究竟能不能进。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

然而惟独没有关系的就是你当时有没有看这场赛事,你看与不看都不阻碍球是否能进。并且微观世界的实验告诉我们,球进与不进这个结果和你有没有看球有关。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这简直令人发疯,不可思议。尤其是当有些人给观察者这件事上加入了人类的意识之后,整件事情就显得愈发的奇特了。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

被搬倒了几千年的唯物主义差点复活。人类的意识可以改变宇宙的状态。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

以上的实验都是在光子经过双缝的时侯我们对其进行了观测,造成了光子的叠加态坍缩到了单一的量子态,表现出了粒子的特点。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这么我们此次让光子首先经过双缝,在它经过双缝的时侯应当会保持原有的叠加状态,我们这时在以特别快的速率加上侦测器,这么结果会如何样?J1Q物理好资源网(原物理ok网)

不论我们加上侦测器的速率有多快干涉白色就会消失。反过来,一开始有侦测器,只要在最后的刹那间撤除侦测器,干涉白色都会出现。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

此次实验类似于惠勒的延后选择实验,光子其实是事先早已晓得了我们要对它进行侦测,在经过双缝时就表现出了粒子的特点造成干涉白色消失。而我们只要停止观测双缝干涉实验视频,光子在双缝处又开始与自己发生干涉。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

反过来说,我们未来的选择,决定了光子最初的状态!由于光子作出选择在先,我们观测在后。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

在微观世界中,因果律其实也丧失了作用。这就是量子热学的世界,这就是微观世界的奇特和惊悚之处。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

赫尔辛基演绎J1Q物理好资源网(原物理ok网)

双缝干涉实验包含了量子热学中的三大基本原则:叠加态、不确定性、观察者。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

叠加态是微观粒子的本质,一个粒子可以处在不同状态的混沌态,它具有多面性。以光子来说它就是波粒二象性。一个光子可以同时处在左缝和右缝这两种路径的叠加态中,可以同时穿过两条狭缝,并于自己发生干涉。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

不确定性原理,俗称为测不准原理,在微观世界中我们宏观世界中科学确切的预测性完全不起作用,微观粒子的行为只满足机率统计,我们不能确切的同时晓得一个粒子的位置和动量。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这两个化学量的检测偏差的乘积一定小于某个值,也就是说,假如我们确切的晓得了一个粒子的位置,这么它的动量可能会是0到无穷大,显得非常不确定。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

而在单个发射光子的时侯,这个光子究竟会落在屏幕的哪个位置,我们难以确切的晓得,只能说出它出现在某个位置的机率是多少。这一点和宏观世界有着本质的区别,须要用不同的理论去解释。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

检测这件事会造成微观粒子的波函数发生坍缩,也就是从混沌的叠加态转变为确定的状态,比如,我们对光子(电子)的观测就引起了光子从叠加态坍缩到了粒子态。这样也会造成光子不能神奇同时处在两个路径的叠加态中,只能选择一个单一的狭缝经过,进而造成干涉白色消失。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

这么这跟人类的观察有何关系?J1Q物理好资源网(原物理ok网)

观察这个行为确是具有人为的诱因,据说是人的诱因引起了量子态发生坍缩,致使了结果发生改变,甚至造成未来决定过去。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

然而观察这些行为是如何发生的呢?上文我早已提过,历史上对双缝实验的观察我们难以用光子做下来,而使用的是电子,由于在我们观察的时侯,我们要想获得粒子的信息,就必需要使用另外一个粒子和其发生互相作用,来反馈给我们。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

你想一下我们怎么去观察电子?是不是要向电子发射一定能量的光子,当光子在被反射回去时,我们才会晓得电子的状态。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

没有这些交互作用,也就没有所谓的观察!并且这个检测的过程都会造成电子的状态被限制单一的状态中,换句话说,当电子穿过狭缝时,我们逼迫电子与光子发生互相作用,正是这个过程造成电子波函数的坍缩。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

所以说观察行为也是一种量子行为。跟人类的意识没有任何关系。J1Q物理好资源网(原物理ok网)

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