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。
但這一切都源於科學家們幾百年來孜孜以求探索「光」的奧秘，從而引領人們看到了一個不同的世界，催化出再次改變世界的量子力學。這個過程漫長而卓絕，今天我們就一起來捋一捋，看看能從中得到什麼啟示。
伽利略啟動了對光的研究。
我們誰都知道，光給世界帶來光明，沒有光，就看不到一切，也就沒有我們的世界。但自古以來，人們對光並沒有引起重視，因為光從來就有，是一種永遠存在自生自滅的玩意，這種不需吹灰之力就得到的東西，根本不會引起注意。一直到現代實驗科學的祖師爺伽利略開始對光速產生了好奇心，並展開了對光速的測量，光的某些性質才開始引起了人們的重視。
伽利略的測量方法很原始，他和徒弟分別站在相距1英裡的兩個山頭，各拿著一個燈籠，用秒表計算各自舉燈的間隔時間。他試圖這種簡陋的方式，測量出每秒30萬千米的光速，當然是徒勞的，無功而返。但他堅定的認為光是具有速度的，只不過極快而已。
伽利略雖然沒有的到光速值，但啟動了世人對光速的好奇心，一代代科學家不斷改進測量光速的方法，終於在上世紀八十年代，最終確定了精準的光速值，即光速c=299792458m/s（米/秒）。人們從光速測量開始，不但對光速開始感興趣，而且對光的性質也開始了探索。
關於光到底是什麼的探索。
最早對光的性質提出假設的是法國哲學家、數學家、科學家勒內·笛卡爾，他在1637年發表的《正確思維和發現科學真理的方法論》（簡稱方法論）一書中，提出了光的兩種假設，一種認為光是類似於微粒的一種物質，另一種認為光是一種以「以太」為媒介的壓力。他沒有明確說光是一種波，卻為未來光的粒子說和波動說之爭埋下了伏筆。
1655年，義大利波倫亞大學數學教授格裡馬第發現了光的衍射現象，由此推想光可能是與水波類似的流體。他通過小孔成像實驗，進一步得出了光是一種能夠以波浪式運動的流體。事實上他已經通過兩個小孔實驗得到了光的幹涉條紋，但並沒有認識到這是光的雙縫幹涉現象，只認為是光的波動，可以認為，他是光的波動說最早倡導者。
1663年，英國科學家波義耳發現了顏色不是物體本身的性質，而是光照射的效果，他首次記載了光照射肥皂泡和玻璃球留下的彩色條紋，進一步支持了格裡馬第的說法；不久後，英國物理學家胡克重複了格裡馬第的試驗，並通過對肥皂泡的觀察提出了「光是以太的一種縱向波」的假設，認為光的顏色是由其頻率決定的。
1672年，牛頓發表了《關於光和色的新理論》論文，描述了他做的光色散試驗：他把太陽光通過一個孔照射到暗室裡的稜鏡上，在對面牆壁上會得到一個彩色光譜。他認為複合的白光就像不同顏色的微粒混合在一起，通過稜鏡的分解把這些微粒分開。由此他建立了光的微粒說，認為光是由不同顏色的微粒組成。
光的波動說和粒子說之爭。
波義耳、胡克等發現了光的顏色，似乎成為引發光的波動說和粒子說之爭的導火索，從此這個爭論進行了200年。
1672年，由胡克和波義耳等組成的英國皇家學會評議委員會，對牛頓提交的《關於光和色的新理論》論文予以了否定。而這個委員會的主席就是胡克，這激起了牛頓的爭論之心，他開始並沒有完全否定波動說，也並不偏執於粒子說，但從此開始了對波動說的反駁。
1675年牛頓在《說明在我的幾篇論文中所談到的光的性質的一個假說》文章中，再次重申了他微粒說，對胡克的波動說進行了反駁。但此時兩方面都還沒有形成完整的理論，論戰並沒有完全展開。
後來，荷蘭著名天文學家、物理學家和數學家惠更斯加入了爭論。惠更斯在擔任巴黎科學院院士期間，曾到英國旅行並與牛頓會見，他們交流了對光本質的看法，兩位大師彼此欣賞。但惠更斯回到巴黎後，重複並研究了牛頓的光學實驗，也仔細研究了格裡馬第實驗，認為其中有許多現象都是微粒說無法解釋的，因此他最終支持了胡克的波動說，由此與牛頓產生了分歧。
1678年，惠更斯向巴黎科學院提交了《光輪》的論著，系統的闡述了光的波動理論，成為波動說完整理論的提出者。同年，他發表了反對微粒說的演講。他認為，光是一種機械波，光波是依靠物質載體傳播的縱向波，傳播媒介就是「以太」。他根據這一理論，證明了光的反射定律、折射定律，並且較完美的揭示了光的衍射、雙折射現象，還有著名的「牛頓環」實驗。
1990年，惠更斯的《光論》正式出版，惠更斯對波動說的宣傳一直沒有停止，他說，如果光是由粒子組成，在傳播過程中就會相互碰撞，一定會導致光的傳播方向改變，事實並沒有這樣。而牛頓進行了針鋒相對的反駁，他提出了兩個論點：一是光如果是波，就會同聲波一樣繞過障礙物，不會產生影子；二是波動說無法解釋冰洲石的雙折射現象。另外牛頓還把物質的微粒觀推廣到整個自然界，並與自己的質點力學體系融為一體，強化了微粒說的地位。
牛頓在反駁波動說過程中，也逐步建立起完整的微粒說，這些觀點，集中體現在了他的光學著作《光學》中，這部著作在1704年出版，此時惠更斯和胡克都已經去世，波動說無人應戰，牛頓從此成了一家獨大。隨著他威望地位不斷提升，人們開始對他只有膜拜仰視，堅信他的結論而不敢質疑，由此牛頓微粒說在整個18世紀佔有絕對統治地位。
光電效應的發現讓人們對光的性質認識發生突破。
牛頓無以倫比的學術地位，讓他創立的粒子理論在一百多年裡無人敢於挑戰，惠更斯、胡克等的波動理論漸漸被淡忘。這種狀態一直延續到十九世紀初期，英國醫生、物理學家託馬斯·楊的雙縫實驗，像一顆石子掉進平靜的水面，讓被忘卻的波動說又泛起了漣漪。
託馬斯是個奇人，涉獵廣泛，在力學、數學、光學、聲學、語言學、動物學、考古學等方面都有很高造詣，而且還很會享受生活，對藝術、美術都有濃厚興趣，能夠演奏所有樂器，還擅長騎馬，能夠雜耍走鋼絲。
託馬斯的雙縫實驗，從光源傳播出來相干光速，照射在一塊刻有兩條狹縫的不透明擋板，在擋板的後面擺放著攝影膠片或某種偵測屏，得到的是黑白相間的條紋，顯示出的是光束幹涉圖樣，符合衍射光波遵循的疊加原理，是牛頓光微粒說無法解釋的一種波動行為，確切的證實了光的波動性。
但託馬斯的這些實驗看似石破天驚，但並沒有引起物理學界的足夠重視，也沒有徹底解決微粒說與波動說的矛盾和爭論。這時候電磁學已經風生水起，涅菲爾、麥克斯韋、赫茲等一批光學、電磁學大佬橫空出世，擔當起了理論突破的重任。
奧古斯汀·讓·涅菲爾用新的定量形式建立了惠更斯--菲涅爾原理，完善了光的衍射理論；詹姆斯·麥克斯韋預言了電磁波的存在，提出麥克斯韋方程組，並計算出電磁波波速等於光速，由此提出了光波就是電磁波的猜想；赫茲則實實在在的發現證明了電磁波的存在，並通過實驗確認了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等，並提出了光電效應。
人類對光的認識越來越接近本質，人們通過對光電研究，量子理論已經呼之欲出了！
愛因斯坦石破天驚，確立了光的波粒二象性。
愛因斯坦相對論已經是現代物理學的最重要基石，讓人們津津樂道，但很多人並不知道他還有一個重大貢獻，就是「光電效應定律」的發現，這個理論在他的論文《關於光的產生和轉化的一個推測性觀點》中闡述出來，由此他獲得了1921年諾貝爾物理學獎。
這篇發表於1905年的論文，提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。幾百年爭論各執一詞，原來都對都不對，原來光既有粒子性又有波動性，早知道把這兩種理論合在一起不就皆大歡喜了。
事情當然沒有那麼簡單，並不是愛因斯坦撿了便宜，而是他在前人實驗基礎上，通過嚴密的數理邏輯，論證了光量子的運動規律，提出了「愛因斯坦光電效應方程」，證明了光子能量等於頻率乘以普朗克常數，提出光子的動量與波長的關係式p=h/λ。
在此基礎上，他很快創立了更加石破天驚的狹義相對論。
1924年，德布羅意提出了「物質波」的假設，認為一切物質都具有光一樣的波粒二象性性質，因此電子也會具有幹涉和衍射等波動現象。他把愛因斯坦的光子動量與波長關係式推廣到一切微觀粒子，認為具有質量m和速度v的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等於普朗克常量h跟粒子動量mv的比，即λ= h/（mv）。後來的電子衍射實驗證實了他的猜測。
至此，一切越來越明朗，但隨之詭異出現了。
既然光子和一切微觀粒子具有波粒二象性，那麼所謂的雙縫實驗又被人們撿了起來，開始了更加細密的觀測，隨著觀測手段的不斷提升，一系列詭異現象出現了。由此得到的各種實驗得到的結果是：
1、幹涉現象並不限於光子、電子、質子、中子等基本粒子，任何粒子，都會產生幹涉現象，甚至一些大分子結構，如富勒烯也會產生類似幹涉現象。
2、單獨發射的單個電子也會產生幹涉現象，表明單獨電子似乎可以同時刻通過兩條狹縫，並且自己與自己幹涉。
3、用探測儀器觀測光子從哪一條縫經過，獲得光子路徑信息，會導致幹涉消失，光子不再呈現出波的狀態，而是以粒子形態留在背景屏。
4、量子擦除和延時實驗結論是，探測光子路徑信息會消除背景屏的幹涉光柵，如果擦除路徑信息，幹涉光柵又會恢復。
5、兩個相互糾纏的光子遠距離分開後，觀測A光子的路徑信息，會即時影響B光子的行為，幹涉圖樣消失；同理，觀測B也會影響到A。
這種雙縫實驗的觀測一直研究了整整一個世紀，催生出量子力學的哥本哈根詮釋，又引起了近一個世紀的爭論。這次爭論是量子力學創始人愛因斯坦、薛丁格等，與同樣是量子力學大師的波爾、海森堡、玻恩、海森伯、泡利等哥本哈根派之爭。
哥本哈根詮釋和薛丁格的貓。
哥本哈根詮釋就是波爾、海森堡等在哥本哈根大學創立的學派，對量子微觀世界一些詭異現象的一些解釋，這些解釋包括量子波粒二象性、不確定性原理、波函數描述原理等。就是量子總是表現出波和粒子的兩種狀態的疊加態，人類無法同時知道微觀粒子的動量和位置，測量動作會導致疊加態波函數坍塌，原本的量子疊加態態會概率地坍縮成允許測量的某種量子態。
這些理論我們都可以從上述雙縫實驗結果中窺視一斑，是微觀世界真實詭異般存在的現象，似乎哥本哈根詮釋並沒有錯。但愛因斯坦和薛丁格同樣是量子力學大師，卻表現出不同的看法。他們認為這個詮釋只是量子世界一些表面現象，因此量子理論是不完備的，這個裡面應該含有我們沒有發現的規律機制，也就是所謂「完備局域隱變量」，只要找到這個就能夠掌握量子運動規律。
薛丁格為了批駁哥本哈根詮釋的不確定性原理和波函數坍塌理論，弄了個「貓」思維實驗，就是著名的「薛丁格的貓」。這個實驗是假設一隻被關在密閉盒子裡的貓，隨時可能被釋放出來毒要殺死。一种放射性元素控制著一個開關，只要這個放射性元素衰變就會觸發開關，釋放毒藥將貓殺死。放射性元素衰變是隨機的，誰也不知道它什麼時候衰變，因此在沒有打開盒子前，誰也不知道這隻貓的生死，只有打開盒子那一瞬間，人們才可以看到這隻貓是生是死。
這下就好玩了。薛丁格代表的經典可控派認為，貓的生死早就在沒有打開盒子前就決定了，打開盒子只是知道了貓是生是死，並不是決定了它的生死；哥本哈根派則認為，沒有打開盒子前，貓永遠處於生和死的疊加態，可能生也可能死，是打開盒子觀測才決定了它最終的生死，也就是疊加態坍縮成本徵態。
最終，這個爭論以貝爾不等式實驗證明了所謂「完備局域隱變量理論」不存在，哥本哈根詮釋勝出，從此被科學界主流奉為正統理論。「薛丁格的貓」是薛丁格想用這樣一個思想實驗，把微觀世界不確定性原理變成宏觀世界不確定性原理，在宏觀世界，這隻「貓」當然是違背邏輯的，但微觀世界的確有其特殊規律，量子力學正是揭示了這些特殊規律，才使人類對世界的認識有了顛覆性突破。
綜上所述，雙縫幹涉實驗在量子力學的發展過程中，起著重要關鍵的紐帶聯繫作用。這讓我想起了古希臘哲學家、數學家、物理學家阿基米德一句話：給我一個支點，我就能夠撬動地球。幾千年過去了，人類並沒有找到這個支點。但雙縫實驗特別像給了量子力學一個支點，讓人類發現了完全不一樣的世界。
所以，雙縫實驗並不恐怖，只有窺探世界最隱秘深處謎底的竊喜，大自然最深處的秘密每發現一點，就能夠為人類帶來更多的幸福。量子力學的研究還僅僅是起步，還有許多需要深入探索的謎底，那麼這個世界到底是愛因斯坦說的「上帝不會擲骰子」，還是波爾、海森堡等描述的「上帝真的在擲骰子」呢？要知道謎底，還需耐心拭目以待。
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