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双缝实验为什么恐怖(电子双缝干涉实验诡异现象盘点)

2023-05-27 02:20:59投稿人 : yq4qlskj围观 : 49 次0 评论

毫不夸张地说,物理学中曾出现过骇人听闻的“灵异现象”,那就是“电子双缝干涉实验”。这个实验把量子世界和量子力学的陌生性表现的淋漓尽致,可以说彻底毁了我们的三观。

在我们的现实世界中,一切都是确定的、可描述的和可预测的。这就是爱因斯坦的“决定论”。我们可以根据现有的自然规律来描述现有的事物,预测未来会发生什么。

以上观点也是普遍的世界观,毕竟我们每天都能感受到。但这一切都因为“灵异”而被打破。

先说恐怖的电子双缝干涉实验,已经做了不止一次了,内容也会略有不同,各种升级版不断出现。

第一种是最常见的双缝实验,用光代替电子。实验过程很简单,一个有两个狭缝的挡板,后面有一个屏幕。

当光线射向挡板时,大部分光线会被挡板阻挡,光线只能通过两个狭缝。如果光是一个粒子,屏幕上会出现两条条纹。如果光是波,就会有很多条,也就是干涉条纹。

这也是关于“光是粒子还是波?”最好的实验证明了这点。实验结果表明是干涉条纹,很明显光是波(后面还有“光也是粒子”的证明,这里就不赘述了,这不是问题的重点)。

接下来是升级实验。重复上面的实验,只不过发射的光是一个一个发射的,也就是说一次只发射一个光子(不用担心怎么发射,科学家有办法,我们不用担心)。

一开始屏幕上有混乱的亮点,但是随着光子数量的增加,神奇的画面出现了,屏幕上仍然出现干涉条纹。

问题是,要想有干涉条纹,就必须有波来干涉。但是之前,科学家是一个一个发射光子的。当单个光子通过狭缝时,它只能通过其中的一个。

那么,单光子是如何干涉的呢?干涉谁?是不是单个光子同时穿过两个狭缝,然后自身发生干涉?从实验结果来看,单个光子必须同时通过两个狭缝,然后自身干涉!但这怎么可能呢?

为了说明这个问题,实验又升级了?

科学家们在狭缝旁边安装了一个摄像头(探测器),以观察单个光子是如何穿过狭缝的。这次用的不是光子,而是电子,因为科学家很难直接观察到光子。

探测的结果并没有吓到我们:电子并没有同时穿过两条狭缝,只穿过了其中的一条。这时,科学家们都松了一口气:幸好没有穿过两个狭缝!

但是事情远没有结束,更可怕的事情还在后面。

科学家在探测时,屏幕上的干涉条纹实际上消失了,变成了两条条纹。当科学家不观测时,屏幕上的干涉条纹又出现了!这说明人的探测行为改变了电子的原始状态,影响了实验结果。

电子似乎知道科学家何时进行观察。只要他们观察,干涉条纹就消失了,不观察的时候就出现了。

以玻尔为首的哥本哈根学派给出了解释,即哥本哈根解释。

按照这种解释,电子双缝干涉实验包含了量子力学的三大定律:不确定性、叠加态和观察行为。

叠加态是微观粒子的本质属性。任何微观粒子都处于叠加混沌状态,就像光子既是粒子又是波一样。其实不仅是光子,电子也有这样的特性,既是粒子又是波,具有波粒二象性。

这种叠加态是指电子可以同时穿过两个狭缝(以穿过两个狭缝的叠加态),然后相互干涉。

不确定性强调的是,当我们发射电子时,无法确定电子会到达屏幕上的哪个位置,只能用概率来描述,比如某个位置的概率是多少。

还有一点就是观察行为。任何观测行为都会导致微观粒子的叠加态和不确定性坍缩(波函数坍缩),从不确定的混沌态到确定态,这也是干涉条纹消失的原因。

那么为什么观测会让微观粒子坍缩成为某种状态呢?

我们需要明白,什么是观察?

任何观察,无论是直接用眼睛还是电子设备,都离不开光子。我们必须通过光子与被观察对象相互作用,才能接收到被观察对象的相关信息。

这种相互作用会使被观察的物体(如电子)进入某种状态。说白了,观测行为其实就是量子行为。观察和影响实验结果,并不是有些人所说的“人的意识影响实验结果”!

来源:传奇知识网,转载请注明作者或出处,尊重原创!

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