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?

2020-12-16 悟空科學

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。

實際上,早在1678年的時候,胡克就預言了光的偏振性,以及這裡說到的幹涉現象,因為 「光波動理論」就是在這個時期被正式發表出來,只不過託馬斯·楊在1807年通過衍射實驗證明了這個理論,相當於胡可當時的預言被照進了現實。

而雙縫幹涉延遲實驗又是由約翰·惠勒在1979年提出的一個構想,他是愛因斯坦的曾經的同事,而這個實驗被提出的時機就是愛因斯坦100周年誕辰的時候。正是「電子的決定可以被延遲,選擇通過幾條縫隙可在實際通過雙縫屏幕之後才做出決定」這個說法震驚了當時的學術界。

也就是說,當我們在觀測這個宇宙世界的時候,該行為本身就已經參與了這個創造過程,宇宙的變化因為某種「延遲」使其在被觀察之後才最終確定。當年雙縫幹涉延遲實驗的確震驚了整個學術界,但是,並沒有真的引起科學家們恐慌。其實,震驚還有另一個更直觀的心理映射,那就是大多數人根本不相信這個說法。

即便是到了現在,這也是更多普通大眾的心態,在實驗的過程中,雖然感覺的確是一條光路上還沒有發生的事實,竟然會被另一條明明更晚發生的事實所決定。但是,更多人認為,這個實驗不過是證明了光子也會因為「糾纏狀態」而「選擇」波動性是否消失,以及其量子狀態是否立刻坍縮。

實際上,當其中一條光路做出選擇的時候,同時也就決定了另一條光路的結果是什麼。也就是說,這個看似詭異的實驗結果,與其說是延遲,不如說是選擇,延遲不過是實驗過程為觀察者製造了一種幻覺,單光路實驗時幹涉條紋因為觀察消失並不恐怖,而雙縫後的燈泡沒有顯示幹涉條紋就更不足為奇。

其實,光到底是波,還是粒子,可以說是物理學界的一大爭議問題,而「粒子派」和「波派」這場沒有硝煙的戰爭持續了上百年。前者的觀點認為,粒子就像是一顆顆光滑無比的小球,當你的手電筒打開的時候,就好比是無數個光子朝著遠方射出,而愛因斯坦、牛頓和普朗克這些偉大的科學家都有相關實驗證明了這一點,即:光就是一種粒子。

而後者的觀點則認為:光可以比喻成石頭在河面激起的水波一般,而經典的光學現象幹涉、偏振和衍射都可以從這個觀點來進行證實,並且,赫茲、惠更斯等科學界都通過諸多權威實驗證實了光就是一種電磁波。然而,在物理學界,粒子和波,似乎是完全不同的兩種事物,波最大的特徵是具有連續性,並且可以向四周發射形成整個空間的傳播;而粒子已經是最小的劃分單位,要麼直線前進,要麼靜止的呆在一個固定的位置。

後來,在描述物理行為的時候,終於有了波粒二象性(微觀粒子的基本屬性之一),意思是粒子或量子能夠用波和粒子來同時進行描述,而光就具有粒子和波的雙重屬性。而雙縫幹涉實驗從某種程度來說,其實就在印證光到底是波,還是粒子。只不過實驗結果讓大家都意外了,因為屏幕上的團並沒有按照科學家們預期的那樣顯現,似乎所謂的「攝像頭」決定了這場物理實驗的結果?

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  • 雙縫實驗恐怖在哪
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