波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

 2022-07-15 08:26:59    70  

相信大家都听过这么一句话:科学的尽头是玄学,玄学的尽头是神学!而支撑这个观点的一个号称颠覆唯物主义者认知的实验——双缝干涉实验,总会被大家提起。那么这个当年让科学家开始怀疑这个世界的真实性的实验到底恐怖在哪呢?

首先,通俗的给大家介绍一下什么是双缝干涉实验。

波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

以上两图可以简单明了的阐释双缝干涉实验。当一束光投射到一个有两个相距不远的狭缝的挡板上时,这一束光透过狭缝形成两束光波,这两束光碰撞后,如果波峰与波峰或者波谷与波谷相遇,就会形成叠加的波,也就是在背景板上形成比较亮的条纹,如果波峰与波谷相遇,就会相互抵消,在背景板上形成比较暗的条纹。这就是经典的杨氏双缝干涉实验。这个划时代的实验是为了验证光的波粒二象性,也就是光既具有粒子性也具有波动性。所以说经典的双缝干涉实验一点都不恐怖,甚至说意义非凡,是光具有波动性的重要证据,颠覆了牛顿长达一百年光是粒子学说的统治。

波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

真正让人难以理解但还不算恐怖的是下边的试验,这就是量子力学的双缝干涉实验。如上图,我们在光源a处连续放射光子,同时将狭缝b和c同时打开,那么背景板上会得到什么结果?结论就是跟经典的杨氏干涉实验一样的结果,在背景板上呈现一列列明暗相间的干涉条纹。如果我们在光源a处每次只放出一个光子,把狭缝b和c都打开,那么结果会是什么?我们自然而然的就会想到:这粒光子要么从b通过要么从c通过,不可能同时从b和c通过,也就是不可能出现两狭缝干涉,也就是不可能出现上图的干涉条纹。

但结果却让人大跌眼镜:虽然每次只放出一个光子,但积累一段时间后,背景板还是出现了干涉条纹!!这就让人费解了,明明只有一个光子,且只能从一个狭缝通过,为什么还会出现干涉?光子跟谁干涉了呢?难不成自己跟自己干涉了?

诡异!一时间无人能解释这个现象。

但真正恐怖的实验还是这个,人们常常说的恐怖的双缝干涉实验也是指的这个实验。有个叫梅里的科学家,突发奇想,装个摄像机,记录下粒子的运动轨迹不就一切明了了吗?但就是这个人为监测,恐怖的事情发生了!当梅里架起探测器观察光子的轨迹时,这些粒子仿佛拥有智慧一样,停止了自己的表演,背景板上的干涉条纹消失了!!变成了两道简单的光束。看到这,你是不是头皮发麻?什么?我只是看一眼,你就不是原来的你了?难道光子有智慧有意识?梅里不信邪,这不是扯淡吗?一个小小的粒子竟然跟我玩捉迷藏?但事实让他近乎绝望——粒子真的跟他玩起来捉迷藏,当他看粒子时,粒子就是符合人们想象的简单的传导,当他不看粒子时,粒子就开始了表演,玩起了干涉!!

于是,梅里向世人宣布了一个令人毛骨悚然的结论:粒子的行为由人的意识决定!

一时间,科学家们的世界观崩塌了,唯物主义信仰者们怀疑人生了,不明所以的人开始想到了玄学,甚至开始怀疑这个世界的真实性。试想一下,当你妈妈来看你的时候,你在写作业,当她走了后,你是既写作业又不写作业的状态,注意,这种状态是既写作业也不写作业,而不是写作业一分钟,不写作业一分钟的交替状态。这种状态你能理解吗?再试想一下,你观察一个猫时,他已经死了,但当你不观察的时候,这只猫又活了。这是什么状态?这还是我们的世界吗?如果有造物主,他在观察我们的时候,我们的世界是这个样子,一旦他不观察我们了,我们岂不是瞬间成了另一个样子或者进入第二空间?这是不是有点玄学甚至神学的味道了?

波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

其实这些只是科学家或者不明所以的人们赋予了人类固有的思维,所以才让人感到毛骨悚然,感到恐怖。真相在下方!

在量子双缝干涉实验后,以波尔为首的哥本哈根派和以爱因斯坦、薛定谔为首的一派展开了长期的辩论。波尔认为,粒子具有波粒二象性,而且波动性和粒子性处于叠加态,也就是说粒子在某个时刻既是粒子也是波,是一种概率叠加态。放在宏观上的解释就是在某个状态“是这个样子,同时又是那个样子”,“你走了但你还在”的荒唐逻辑。

爱因斯坦则坚信大自然肯定有一种特定的规律在支配,并说出那句经典的“上帝不会掷骰子”;薛定谔则更是提出了至今家喻户晓的“薛定谔的猫”的思想实验,他认为这就好比“一只猫死了但又活着”一样荒唐毫无逻辑。

波粒二象性为什么恐怖(十大最诡异的物理实验)

但波尔们坚持认为:粒子世界就是不确定性、概率性的叠加态的存在,这确实有别于宏观世界,粒子遵循波函数的概率规律,但测量会导致这种叠加态坍塌。

后来的实验也逐步证明了波尔们的正确性,从而建立起了量子理论的大厦。

回到上边的量子双缝干涉实验。粒子在某个时刻具有叠加态,那么这个粒子就不只是粒子,还是波,那么他就可以自己跟自己干涉,从而产生干涉图像。而当科学家进行探测的时候,这种叠加态瞬间坍塌,也就是粒子开始“尘归尘、土归土”。

在这个探测概念中,我们需要进一步研究的是为什么探测会导致叠加态坍塌?是因为探测器的电磁辐射还是广为流传的“暗物质”?亦或是我们对光子、电子的认识依然不足?总之,概率论是讲不通的,总会有一种规律或者本质会揭示这种现象。

但如果非要给双缝干涉实验扣上恐怖的帽子,那就是别有用心了!

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