为什么说双缝干涉实验可怕?这个中学实验,到底可怕在哪里?


物理学有许多奇妙之处,哪怕是中学时期初步学习的东西也大有玄机。
相信学过物理的朋友都听说过双缝干涉实验,这是一个让无数科学家为之争论,甚至感觉可怕的诡异实验。

那么,双缝干涉实验这个看似普普通通的中学实验,到底隐藏了什么不为人知的秘密呢?
双缝干涉实验
爱因斯坦曾因不满量子力学的随机解释,说出了“确信上帝不会掷骰子”的著名言论。

可随着越来越多的科学实验证明了微观物质的不确定性,让人们产生了怀疑,而这一切还要从托马斯·杨的双缝干涉实验说起。
双缝干涉实验就是一个固定光源通过单缝获得一个线光源,然后让这个新光源通过双缝,最后在光屏上得到干涉图样。而它的神奇之处在于,两条狭缝之间的光源会因为相互之间的干涉,叠加形成多条平行光,也就说明光是具有波动性的。

在此之后的1905年,爱因斯坦解释了光电效应,说明了光的粒子性,并且大家都认为粒子性和波动性是天然对立的,于是科学界开启了关于光的波动性和粒子性的争论。
直到1924年,法国物理学家路易·维克多·德布罗意提出了光的波粒二象性,它的提出很好地解决了波和粒子的矛盾,也更好地解释了双缝干涉实验的实验结果,为物理学打开了一扇新的大门……

说到这里,很多人可能会觉得疑惑,既然双缝干涉实验的实验结果都有了科学解释,那为什么还要说这个实验可怕呢?
双缝干涉实验的诡异之处
实际上,这个实验在后来已经被很多科学家重复验证。发展到最后,人们认为微观世界的质子、电子和其它基本粒子也都具有波动性,于是有物理学家就选择了容易观察的电子作为实验对象,开展了著名的电子双缝干涉实验。

与基础实验的操作一致,实验者使用电子束射向双缝挡板,后面同样出现了多个条纹,但在好奇心驱使下,实验者想知道电子是如何穿过双缝的,于是使用了探测器对其进行观察,没想到却出现了诡异的一幕。
在观察时,电子束只通过了一条缝,并且在后面的投射屏中也只能看到一条条纹,与最初的结论截然相反。这让操作者百思不得其解,还怀疑实验器材出故障了,可经过多次重复的实验观察后,依然是同样的结果。

这像极了电子是有“自由意志”的,当未采用技术观测时,人们看到的是透过双缝形成的多重叠加态,而一旦进行技术观测,电子束又会只走一条缝形成一个条纹……
于是很多科学家都认为这个实验细思极恐,仿佛所有的微观物质都会在“确定”与“不确定”之间反复“横跳”,就像透过双缝的电子一样,它可能是一个电子,也可能不仅是一个电子。

在这种量子的叠加原理中,所有微观粒子的未来都具有随机性,而未知的东西往往最令人恐惧……
关于双缝干涉实验的解释
此后也出现过很多类似的实验,有学者大胆指出:粒子性和波动性可以同时存在,但不能同时表现,即一次只表现为一种性质,微观物质在有观测者的情况下会维持理论上的运动,在无观测者情况下表现则为无序混乱的,具有不确定性和随机性。

从哲学角度去思考,其实诠释的就是对立统一的观念,虽说物质决定意识,但说不定意识也在量子力学的世界中,在无形中改变了物质的性质……
写在最后
当然,在物理学中,类似双缝干涉实验的还有贝尔不等式检测。如果说双缝干涉实验的结果,证明了在量子世界中,微观物质粒子是存在“自由意志”的,那么贝尔不等式检测则对我们生活的这个世界的真实性,做出了判断。
因此从某种意义上来说,贝尔不等式检测甚至比双缝干涉实验更加恐怖。

看似简单的实验,可能不仅仅在帮助我们理解物理原理,从另一个角度来看,还给我们看待这个世界提供了新的视角。
当觉得人生失意悲观时,想想这只是上帝投骰子的游戏,而人的主观能动性也是可以将不确定变成确定的,这样的生活是不是就显得没那么糟糕了?
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