為何雙縫幹涉延遲實驗讓科學家感到恐懼?薛丁格:我們發現了宇宙的...

2021-01-12 騰訊網

如果說宇宙不是完美的，它有BUG（漏洞），你信麼？雙縫幹涉實驗似乎一步步地發現了這個宇宙「漏洞"

雙縫幹涉實驗是什麼？

當我們在水中丟下一塊石頭，那麼水面就會產生波紋，如果同時丟下兩塊石頭，兩個水波之間就能夠出現交叉的幹涉條紋。這就是波能夠互相干涉的特徵。

很多人聽過雙縫幹涉實驗後會認為「玄之又玄」，於是有了「遇事不決量子力學」。實際上，量子力學是人類了解宇宙底層邏輯的敲門磚，而雙縫幹涉實驗則是量子力學核心的顯現，下面我聊聊雙縫幹涉實驗到底多「詭異」，它揭示了宇宙哪些核心？

薛丁格的貓、上帝擲骰子、平行宇宙哪來的？

由於量子太過抽象，因此我們把量子現象過渡薛丁格的貓，再回到雙縫幹涉實驗就容易理解了。這是薛丁格給我們理解量子力學的好例子。

話說啊，有個封閉的盒子裡面裝一隻貓，然後一個量子裝置連著毒藥瓶，貓的生死取決於量子性質，如果量子發生衰變貓死，反之則沒事。換句話說，貓的生死間接表現了量子的性質。實驗的問題是貓最後是死的，還是活的？

各路大佬都說出了自己的看法，主流看法有三個：

哥本哈根學派，波爾：這是只量子貓，它在盒子裡的概率是100%的可能性是活的，同時100%可能性是死的，兩種狀態同時存在，疊加在一起，當你打開盒子一瞬間，貓的生死才會表現出來，生死的結果是隨機的。

愛因斯坦、薛丁格：貓50%是死的，50%是活的，我們打開盒子之前它就已經死了，或者還活著，我們打開盒子看到的是結果，而不是誘髮結果。

愛因斯坦：波爾，按你的意思是打開盒子時，上帝發現有人要來看結果了，趕緊搖號決定了貓的生死？

波爾：你別管上帝能幹什麼！

休·埃弗雷特：安靜安靜，我還沒說呢！首先波爾的疊加態我是認同的，但是100%+100%=200%，打開盒子前與打開盒子後應該守恆才對，因此我認為如果打開盒子時貓死了，那麼活著的貓應該存在於另外一個世界中——平行宇宙。

愛因斯坦、薛丁格、波爾：你厲害， 我們竟然不知道如何證明你說的是錯的！

故事先到這裡，看得懂看不懂沒關係，先說結果：波爾是對的！而平行宇宙證明不了，最多算假說。在這個故事中有幾點很重要：

1.貓即死又活的狀態——疊加態

2.打開盒子意味著觀測，觀測會讓疊加態隨機坍縮為單一狀態。（上帝搖號！）

3.前兩點，打開前與打開後，還隱含了波粒二象性。（下面再說）

光到底是什麼？——雙縫幹涉的「詭異」

接下來我們看雙縫幹涉，這事要先從牛頓說起，源於一個看似簡單，然而誰都答不上來的問題——光是什麼東西？

雙縫幹涉實驗既在一個光源前放置一個開了兩條縫隙的不透明擋板，擋板後面再放置一個能夠觀測到的背景。當我們打開光源，會看到背景上出現明暗相間的條紋，這就是簡單的雙縫幹涉實驗。這個實驗證明了光是一種波！因為光在穿過兩條縫隙後產生只有波特有的幹涉，相反的波被抵消，相向的波被增強，導致背景上明暗相間的條紋。（日常生活中主動降噪耳機就是利用了這個原理，用相反的聲波抵消了噪音）

下面我們把實驗升級一下，光源變得非常小，背景換成高靈敏高分辨的底片。打開光源後，一開始我們看到了無數隨機分布的小點，隨後這些小點越來越多最終形成明暗相間的條紋！實驗升級後證明光是一種粒子並且還具備波的特徵，也就是光的波粒二象性！

我們知道，要幹涉就必須有對象，沒有對象怎麼被幹涉？然而這一次實驗結果出事了，即便單個電子在隨機穿過兩條縫隙後依然在最後形成了幹涉條紋。

這個結果震驚了科學界！為什麼單個電子能夠自我幹涉？難道他還有一個分身？更詭異的是當我們觀察電子是通過哪一條縫隙時，幹涉條紋消失了。當取消觀察時，幹涉條紋又神奇的出現了！冥冥中仿佛有一雙眼睛窺視著我們，只能讓我們看到電子穿越縫隙的路徑（粒子特徵）或者電子的幹涉條紋（波特徵）其中之一！

AB分別做雙縫幹涉實驗（互不影響的環境），而B距離感應屏比A遠，這樣A會比B要先到達感應屏。當我們在B實驗中放置相機觀測到B通過雙縫的路徑時，A實驗的幹涉圖像消失，顯然，糾纏的兩個光子是互相影響了，B得不到的波屬性A也得不到。接下來，我們通過技術手段把B獲得的路徑信息擦除,然後A和B都出現了幹涉條紋。這裡就出現了兩個個非常詭異的現象。測量到光子的路徑信息只是"洩露」，沒有主管觀意識去查看，幹涉條紋會消失！把這個路徑信息擦除掉，幹涉條紋又會出現！

更詭異的是，實驗中我們設定從B獲得路徑信息時，A早就已經到達了感應屏形成了圖像！這時候擦除B的路徑信息，A感應屏已經"拍好照"的圖像會鬼魅般地變成幹涉條紋！

相關焦點

  • 物理學家的夢魘:雙縫幹涉實驗,為什麼該實驗讓科學家感到恐怖?
    典物理學vs量子力學 如果要評選科學史上匪夷所思的實驗，那麼這個桂冠大概率屬於雙縫幹涉實驗，它就像是物理學家們的夢魘一樣，一直困擾著物理學家。那雙縫幹涉實驗到底是一個什麼樣的實驗呢？ 要了解這個問題，我們首先需要了解一下什麼是經典物理學。
  • 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
    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。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。
  • 為什麼當年雙縫幹涉延遲實驗讓科學家感到恐怖?
    雙縫幹涉實驗是個啥，為啥讓科學家麻頭皮雙縫幹涉實驗是為了證明光到底是由波組成的，還是由粒子組成的這一物理學史詩之爭。無論光到最後被證明是由波組成的，還是由粒子組成的，都能幫助科學家更深刻地了解宇宙本源。
  • 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？
  • 為什麼說雙縫幹涉實驗恐怖?到底恐怖在哪裡?
    18世紀，牛頓憑藉其權威身份壓制的波動說黯淡無光，直到1836年，英國科學家託馬斯.楊發現光通過兩條平行的狹小縫隙後，呈現明亮條紋與暗淡條紋相間的斑馬線條紋。幹涉衍射是波特有的性質，託馬斯.楊的實驗使波派逆勢上揚，自此光到底是波還是粒子，成為物理學界核心議題。
  • 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。
  • 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。
  • 「雙縫幹涉」實驗,細思極恐
    在我們的宏觀世界，觀測者和被觀測者似乎並沒有關聯，這體現在：如果我不觀測你，你就變了另一個形態，而我重新觀測你，你又變回原來形態。或者說是因為在宏觀現實世界中，有太多的眼睛在觀測著你，所以你一直保持原形態。這就涉及到了光的"雙縫幹涉實驗"。「雙縫實驗」是什麼？
  • 光引領科學前行,雙縫幹涉實驗催生了量子力學,世界為之改變
    有人不斷的在網上嚷嚷，雙縫幹涉實驗的結果讓科學家感到恐怖。這種說法實在有些誇張和故弄玄虛，雙縫實驗反映出來的現象，實際上涉及了量子力學裡面最基本的問題，成為量子力學立論之本。量子力學的許多重要理論都是由這個實驗引發出來的，如不確定性原理、量子糾纏、平行宇宙、薛丁格的貓、波函數坍塌等等。
  • 論雙縫幹涉實驗,掉入「雙縫幹涉實驗陷阱」中,人類文明止步不前
    水波通過雙縫，表現為幹涉圖樣雙縫幹涉實驗，一個一個的電子射擊，不觀察，也是波的幹涉圖樣，程序讓一個一個的電子按波的規定通過雙縫，預先定義好的程序讓這些電子整體運動起來表現為波的幹涉圖樣雙縫幹涉實驗，有「
  • 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。
  • 詭異的「雙縫幹涉」實驗體現了這一點
    過去和現在相比較起來，我們對世界的了解更加透徹了，於是乎，我們開始幻想各種屬於常態但又無法解釋的現象，比如：宇宙為何如此神秘廣闊？人類又為何出現的？對於這類問題，科學家也愈發認為人類是某個強大文明（或是高維生物）設計出來的，人類的行為以及命運都是被安排好的。
  • 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?
    電子雙縫幹涉實驗裝置圖我有這麼一種設想，如果一個實驗小組，做雙縫幹涉實驗，然後實驗的房間被人偷裝了攝像頭，觀察這個實驗，但是實驗小組的人完全不知情。那麼，現在這個實驗是至始至終被人觀察的，然而實驗小組的人確完全不知情。
  • 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。
  • 恐怖的雙縫幹涉實驗——20世紀物理學的靈異事件
    雙縫幹涉實驗，著名的光學實驗。經典的楊氏雙縫實驗，就是從從兩個狹縫射出的波，因為振幅和相位在空間的分布不同，相位相同的區域，振動加強會形成明亮條紋，相位相差π的區域，振幅相減，會呈現暗條紋，因此屏幕上會出現明暗相間的幹涉條紋。
  • 什麼是薛丁格的貓?
    薛丁格的貓是我們大多數人可能都聽說過的東西，但是我們當中有多少人真正知道它是什麼意思呢？今天我們就來討論一下，薛丁格的貓是在說是什麼？量子力學理論預言與實驗結果之間高度符合，讓大家從對量子力學原理半信半疑到承認它的正確。大家都知道雙縫幹涉實驗，無論是光還是電子，穿過一個有並列雙縫的障礙物，在後面的屏幕上留下的是多條明暗相間的幹涉條紋，而不是兩條與雙縫對應的亮條。之後，科學家改成用單個光子或單個電子重複這個實驗，在屏幕上留下的仍然是幹涉條紋，它們並沒有像預期的那樣只走一條路。
  • 無窮維理論量子多體系統,深度理解薛丁格貓、雙縫幹涉、時空本源
    我在之前的文章《從量子糾纏和量子相干的等效性談雙縫幹涉實驗，可以解釋所有現象》中說過，雙縫幹涉現象，本質是一個多量子糾纏狀態，根據量子相干與量子糾纏具有等效屬性，當多個量子以量子相干的狀態整體到達窄縫時，這時的多量子是一種量子糾纏狀態，形成的區塊波通過窄縫時自然表現出波的特性。
  • 可怕的曼德拉效應,以及雙縫實驗
    最後我再講講和「薛丁格的貓」有關聯的「雙縫實驗」，這個實驗，曾引起物理學界大地震，愛因斯坦窮盡一輩子也無法弄明白。 實驗步驟並不難，我儘量講得通俗易懂。可能這些電子之間相互碰撞、幹涉，最終出現波的特性。
  • 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。
  • 從量子糾纏和量子相干的等效性談雙縫幹涉實驗,可以解釋所有現象
    來自西班牙巴塞隆納光子科學研究所的Alex Streltsov說：這一工作的重要性在於我們不僅從定性的角度，更從定量的角度證明了相干和糾纏的關係。更精確的是，量子糾纏態的量化也導致了相干態的量化。物理學在此問題上達成了共識。關於相干態和糾纏態之間的轉化這一發現有著重要的意義。量子退相干指的是一量子系統狀態間相互幹涉的性質隨著時間逐步喪失。