雙縫幹涉實驗操作簡單,理科生都學過,結果卻讓科學家感到害怕

2020-12-22 閒雲趣談科學

雙縫幹涉實驗是驗證光和電子的波粒二象性的一個實驗,操作起來並不複雜,但它在不同情況下展示出來的結果,卻讓科學家感到害怕,它似乎被賦予了某種神秘的力量。

顯微鏡

如果要給實驗器材對科學的推動力度弄一個排行榜,天文望遠鏡和顯微鏡想必會名列前茅。前者讓我們的目光不再局限於地球,將目光帶到了廣袤無垠的宇宙,即使和天體們隔著幾十萬光年,我們也能看見它發出的光。後者則讓我們們看見更細微的事物,肉眼不可見的東西太多了,我們只有藉助顯微鏡才能觀察到它們。換而言之,這兩樣東西就是對應著宏觀世界和微觀世界。

宏觀世界我們陌生的東西並不多,而微觀世界對我們來說則是個陌生的環境,畢竟我們不是時刻接觸著它,我們的眼睛還沒有進化到能洞察萬物的地步。藉助著顯微鏡等器材,科學家才看見了微觀世界,並建立了量子力學。

藉助顯微鏡才能看到微觀世界

對很多人來說,量子力學就是「玄學」的代名詞,它的理論理解起來有難度,過於抽象。測量和疊加態就是量子力學中最晦澀難懂的兩個概念,今天要說的雙縫幹涉實驗就是它們的完美體現。這個實驗對於理科生來說應該不陌生,它在物理教科書上算是入門級的知識,每個人都學過,很多老師在上課時還會現場做一遍,感興趣的理科生估計也自己動手做過。

在蠟燭前面擺放兩張紙板,第一張紙板上割開兩道縫隙,蠟燭光穿過縫隙後映在了第二張紙板上,你會發現紙板上出現了一道道明暗交錯的條紋

雙縫幹涉實驗

該實驗要探究的是光有沒有波動性,結果是有的。科學家還用電子做了實驗,結果也一樣。表面上看實驗到此結束,科學家們得到了自己想要的結果,然而這實驗並沒有表面上這麼簡單。1974年,一位科學家再次進行了雙縫幹涉實驗,這次他增加了兩個攝像頭,他想看清楚電子通過縫隙時是怎麼運動的,實驗結果卻讓他感到害怕。

光的運動

在他觀察實驗結果時,電子並沒有呈現出波的特性,反而呈現出了粒子的特性。再對比之前的實驗,可以發現當我們不觀察電子的運動時,電子呈現出波的特性,觀察它的運動時,電子呈現出了粒子的特性。

這說明什麼?科學家為啥會害怕?因為他發現了電子的特性,取決於他對電子的觀察。這可真是奇怪了,電子似乎被賦予了一種幽靈一般的力量,能夠根據外界對它的觀察調整自己的幹涉狀態。這一現象科學家百思不得其解,只覺得雙縫幹涉實驗有些恐怖。

量子力學

雙縫幹涉實驗的恐怖,不僅僅在於電子的狀態,要知道它是屬於量子力學的一個實驗。而量子力學是研究微觀世界的,微觀世界又是宏觀世界的組成,說明雙縫幹涉實驗的結果能夠適用於宏觀世界。而且它顛倒了因果關係,往大了說,雙縫幹涉實驗證明未來的行為可以幹涉現在的行為

愛因斯坦曾經說過,量子力學就是有種「鬼魂」般的力量,達到了超自然的狀態。雙縫幹涉實驗就是一個例子,它的狀態取決於我們對它的觀測。看到這裡是不是想到了薛丁格的貓?沒錯,它和雙縫幹涉實驗有相似的地方,都和外界的觀測有關係

薛丁格的貓

這種詭異的現象至今都沒法解釋,以至於有些科學家都被弄得走火入魔了,只覺得自己的世界觀和信仰都崩壞了。還有些科學家開始懷疑起了世界的真實性,是不是當自己觀察世界時世界才存在,不觀察時世界就不存在?這真是個讓人害怕的問題。所以說,牛頓到了晚年改信神學不是沒有道理的,知道得越多,才發現自己知道的越少。雙縫幹涉實驗的結果,只是這個神秘世界的冰山一角。

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  • 雙縫實驗證明未來可以預測?為何科學家很恐懼實驗結果
    光的雙縫幹涉實驗很多人都知道,但是如果在雙縫幹涉實驗量子糾纏中加入量子糾纏,實驗的結果就會讓人感覺到恐懼。因為,光子仿佛可以預測未來,並且光子像一盒程序一樣會判斷。雙縫幹涉實驗首先將光的雙縫幹涉實驗簡單的複習一下,準備有兩個縫隙的紙板,讓一束光通過這兩個縫隙,如果光和我們的聲音一樣是波,那麼紙板背後的牆上應該出現因為兩個縫隙幹涉明暗條紋。可是在光電效應中,光的特性應該是和電子一樣是粒子,紙板上應該出現兩個聚集的光子帶,而不應該發生幹涉,一個光子怎麼可能同時穿過兩個縫隙。
  • 為什麼說雙縫幹涉實驗恐怖?到底恐怖在哪裡?
    雙縫幹涉實驗顧名思義就是光通過兩條平行的狹小縫隙後,投射在屏幕上的狀態,看似簡單無奇,可實驗結果卻像玄學的靈異事件令人驚悚莫名。其實雙縫幹涉實驗歷史悠久,皆源於光的波動說與粒子說的百年爭鬥。光到底是粒子還是波?這曾是物理學界爭論不休的話題。所謂粒子,簡單說就像一個個光滑的玻璃珠子。每當我們打開手電筒,無數光子就像子彈筆直的射向遠方。
  • 為什麼說「雙縫幹涉實驗」可怕,它到底蘊含著怎樣的秘密?
    為什麼說「雙縫幹涉實驗」可怕,它到底蘊含著怎樣的秘密?為什麼人們總是對細思極恐的「雙縫幹涉實驗」感到十分畏懼,這項物理實驗究竟蘊藏了什麼秘密令人如此不寒而慄?難道詭異的電子雙縫幹涉實驗有著恐怖片一般的觀影感受?
  • 顛覆三觀的雙縫幹涉實驗,最靈異的科學實驗
    為了找到真相大家決定做一個實驗,這個實驗就是轟動一時的雙縫幹涉實驗。1807年,託馬斯.楊總結出版了《自然哲學講義》,裡面第一次描述了雙縫實驗,顧名思義,實驗就是在一塊隔板上開兩條縫,讓光從一側穿過,觀察另一側的光斑,他發現光會像水波紋一樣形成一道斑馬線,光從孔穿過之後互相影響,於是他得出光是具有波粒二象性的,實驗本身沒有什麼問題,但是科學家們想弄清楚為什麼會這樣。
  • 雙縫幹涉延遲實驗到底驗證了什麼?為什麼說它的結果很恐怖?
    雙縫幹涉實驗,應該算得上是人類有史以來,第一次在科學實驗中遇到的「超自然現象」,正所謂「外行看門道,內行看熱鬧」,普通人看這個詭異實驗大概只能用「玄乎」來形容,因為與實驗相關的每個字都認識,但又被繞的雲裡霧裡看不懂到底是怎麼回事。
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  • 什麼是雙縫幹涉實驗,這個實驗有什麼意義?未來會如何發展?
    因為一般學的都是電磁場量子化,光子不過是某個自由度的場量子,就跟聲子一樣,在這種理解下,幹涉還是電磁場在幹涉,只不過是量子化的電磁場。我隱約感覺這兩種解釋殊途同歸,不過一直沒看到哪裡有這麼說的。不論放不放第二個分光鏡,光子經過第一個分光鏡後總是處於被反射和透射的疊加態。
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  • 恐怖的雙縫實驗和波粒二象性?
    當我們提到微觀的量子世界,總會發現量子世界會有許多和宏觀世界相違背,差異很大的現象,比如薛丁格的貓,這些問題一直困擾著我們,其中還有另外一個更加費解的實驗,那就是雙縫實驗。在這個實驗中,科學家讓一束電子穿過一個雙縫,雙縫後面放探測屏。
  • 為什麼有人說雙縫幹涉延遲實驗的結果很恐怖?
    打一個大家都能理解的比方,這個實驗得出的結論差不多是這樣:現在有一堵牆,牆上有兩個門。(雙縫)往這堵牆的方向丟一個球。(光子)詭異的事情來了,按照宏觀世界的認知,這個球,要麼通過第一個門,要麼穿過第二個門,要麼打在牆上。
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    我認為雙縫實驗沒找對方法。打個比方,假如我們眼睛所能看到的最小馬賽克是10微米,遠處站個人,離你正好是10微米,你似乎能能看到好像有個人,但是他在此時遠離你,你就看不到啦,但是這個人在向你走來你就會越來越確定遠處有個人。也就是說,他與你之間,有個可探測的極限距離。