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

2020-12-03 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。

相關焦點

  • 物理學家的夢魘:雙縫幹涉實驗,為何該實驗讓科學家感到恐怖?
    雙縫幹涉實驗 雙縫幹涉實驗在整個量子力學的發展過程中,都是科學家們繞不過的實驗 雙縫幹涉實驗的實驗儀器設置實際上很簡單。
  • 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?
    雙縫幹涉實驗 雙縫幹涉實驗在整個量子力學的發展過程中,都是科學家們繞不過的實驗 雙縫幹涉實驗的實驗儀器設置實際上很簡單。
  • 為什麼說「電子雙縫幹涉實驗」令人感到「毛骨悚然」?
    本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文我們常常聽到有人說,在量子力學的相關實驗中,「電子雙縫幹涉實驗」令人感到「毛骨悚然」,那麼為什麼人們會這麼說呢?今天我們就來簡單地介紹一下。根據量子力學的相關描述,電子這類基本粒子,可以同時具有「粒子性」和「波動性」,於是科學家們就精心設計了「電子雙縫幹涉實驗」:讓電子束從兩個相互平行的狹窄縫隙中通過,然後這些電子會落在後面的探射屏上,通過對電子在探射屏上產生的現象進行觀察,科學家就可以驗證「波粒二象性」的正確性。
  • 【物理前沿】物理學家的夢魘:雙縫幹涉實驗,為何讓科學家感到恐怖?
    雙縫幹涉實驗雙縫幹涉實驗在整個量子力學的發展過程中,都是科學家們繞不過的實驗。雙縫幹涉實驗的實驗儀器設置實際上很簡單。說白了就是把一束光照射到一塊刻有兩條狹縫的板上,光束通過狹縫之後,會照射到探測屏幕上。
  • 雙縫幹涉實驗的結果讓科學家感到恐怖,為何會這樣?
    (加微信:yzts111111,拉你進微信群,一起探索宇宙奧秘) 「讓科學家感到恐怖」的說法並不太嚴謹,只是實驗的結果太出人意料罷了
  • 當年的雙縫幹涉延遲實驗,為何會讓科學家感到恐怖?
    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。
  • 「雙縫幹涉實驗」到底發現了什麼?真的讓科學家感到恐怖嗎?
    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,下面聊聊雙縫幹涉實驗到底多「詭異」,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。
  • 為什麼當年雙縫幹涉延遲實驗讓科學家感到恐怖?
    來來來,都讓開,讓科技吹水來吹一波……科學水。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。換句話說,這是人類物理學技能樹上非常關鍵的一個技能點,必須點過這個技能點人類才能在物理學上有更深一步的發展。
  • 科學家們的集體靈異事件,雙縫幹涉實驗,傳達了什麼結果?
    一切都是有跡可循,有章可查。不過每一次科學的大步提升,往往都伴隨著一次世界觀的崩潰。從最初腳下的土地是天圓地方,到現在證明地球就是一個球體。從最初的地心說到現在的日心說。到今天為止,對於這個世界的了解已經遠遠超過了先人,科學家可以利用現在已經掌握的規律,對世界上大部分現象進行科學的解釋。
  • 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...
    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」。
  • 他山之石:雙縫幹涉實驗恐怖嗎?恐怖在哪?
    理解經典的楊氏幹涉其實很簡單,就是從兩個縫射出的波,其振幅和相位在空間上的分布不同,相位相同的區域振幅相加呈現亮條紋,相位差pi的區域振幅相減呈現暗條紋。所以說經典的楊氏幹涉實驗不恐怖,它是波動說的決定性證據!真正讓人難以理解的是量子力學中的雙縫幹涉實驗。這裡我們做三個思想實驗來一步步理解。
  • 「雙縫幹涉」實驗,細思極恐
    這就涉及到了光的"雙縫幹涉實驗"。「雙縫實驗」是什麼?當我們把一個個小球從一道縫噴射出去時,屏幕上會出現了一個個彈痕組成的柱形。當一道縫增加為兩道時,就是兩個柱形,這是小球的粒子性。換言之,如果我們把一道光波透過一道縫時,屏幕上出現了一個光柱。
  • 量子力學中最神奇的實驗,雙縫實驗為什麼讓科學家感到不安?
    雙縫實驗是量子力學中,最為神奇的實驗之一。該實驗由英國科學家託馬斯·楊在1807年提出的,證明了光波動性;到了20世紀初,量子力學的出現,給雙縫實驗增加了新的解釋。直到1807年,英國科學家託馬斯·楊發現了光的雙縫幹涉實驗,這一實驗證明光是波而非粒子,因為幹涉是波的特徵,從此,光的波動學說逐漸代替粒子學說成為正統。又過了100多年,光的波動學說遇到一些無法解釋的現象,比如黑體輻射、光電效應等等,然後普朗克、愛因斯坦等人,再次把光的粒子學說搬上科學舞臺。
  • 雙縫幹涉實驗背後的幽靈,看量子力學如何解釋雙縫幹涉悖論
    文/科學新視界,百家號首發,轉載請註明來源於百家號前面我們科普過雙縫幹涉實驗,這個實驗證明了光的波動性,我們也講過愛因斯坦的光電效應,它證明了光的粒子性,由此我們得出了光的波粒二象性特質。可是大家有沒有仔細想過,有沒有可能我們通過一個實驗就能同時測出光的波動性和粒子性。人類是天才的,這個震驚物理世界的實驗就這樣誕生了,人們稱之為雙縫幹涉悖論。
  • "雙縫幹涉"實驗,細思極恐
    年克勞斯約恩松做了一個電子雙縫實驗,讓電子有概率性的通過雙縫,屏幕上方出現了和光一樣的雙縫幹涉現象,這證明了粒子也有波動性。這讓科學家突發奇想,讓電子一次只發射一個,是否還會出現幹涉現象?果然還是出現了!難道電子在透過兩道縫時自己和自己幹涉嗎?這次科學家放置了一個高清攝像機,實驗環境完全真空。令人震驚的是,屏幕上方只出現了兩道光柱,後面的斑馬線光柱消失了!撤掉攝像機時,斑馬線光柱又出現了。難道那些電子是存在自我意識的嗎?
  • 一個簡單的物理實驗,卻讓科學家看到了害怕的結果,怎麼回事?
    科學家為了研究量子力學,也進行了很多的實驗,其中有一個實驗非常著名,每一個人在高中階段都做過這樣的實驗。可就是這樣一個簡單的高中物理實驗,卻讓科學家看到了害怕的結果,這是怎麼回事?這個著名的物理實驗就是量子「雙縫實驗」,相信很多人都知道並且做過這個實驗,它其實是為了證明電子的波粒二象性。
  • 深層解讀電子雙縫幹涉實驗,對實驗的誤解到底為止!
    圖7 實驗室用真空泵在最後開始做實驗之前,科學家還需要做三個處理:一是抽真空;二是電場屏蔽;三是磁場屏蔽。這裡不多說了,如果要不斷提高實驗的精度,這三步每一步做起來都不簡單。科學家為了為了觀察到這一點,實驗時在雙縫的後面分別安裝上線圈,當電子穿過線圈就會在線圈內產生感應電流,科學家在外部,通過觀察連接線圈的電流表的指針變化就可以知道電子通過哪個狹縫形成幹涉。但匪夷所思的奇蹟卻發生了,幹涉條紋卻沒有了,取出感應線圈再實驗,幹涉條紋又有了,反覆都如此,不論誰做,在什麼地方做,結果都一樣。人們把這個實驗結果叫做單電子雙縫幹涉延遲實驗。
  • 科學小實驗:楊氏雙縫幹涉實驗
    光不是到處都有嘛,天晴的時候有太陽光,晚上有燈光。但是光本身是什麼,你知道嗎?聽說很古老很古老的時候,人們認為,我們的眼睛會發出一種東西,照到哪裡,哪裡就可以被我們看到。後來,又有人認為,光是一個個非常小的顆粒,從物體上發出,射進我們的眼睛,然後就讓我們看見啦。這好像挺有道理的,這就是光的粒子假說。
  • 張祥前對光的雙縫幹涉實驗的解釋
    光的著名實驗是光的雙縫實驗。光的雙縫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,你會發現光會像水波紋一樣形成一道斑馬線,這個原因是光從兩條縫穿過之後,像水波一樣互相干涉影響。這個實驗告訴我們,光具有波動性。
  • 是否觀察實驗過程,竟會影響到實驗結果,有趣的雙縫幹涉實驗
    而後,一個著名的物理學實驗出現了,那就是雙縫幹涉實驗。在雙縫幹涉實驗中,首先讓光穿過一條狹窄的細縫,然後再穿過兩條平行的縫隙,而後就會在後面的背板上呈現出幹涉條紋。是的,後面的背板上出現的並不是兩條光紋,而是一組光文,這組光紋就是幹涉條紋,幹涉是波的特性,於是人們認識到光不是粒子,而是波。