物理學史上最為奇怪的實驗之一:單粒子雙縫實驗,顛覆性的認知

2020-12-06 量子貓

物理學史上最奇怪的實驗結果之一:單粒子雙縫實驗。這是對與我們宏觀世界截然不同地量子世界的一種奇怪現象,它表明了現實的本質可能完全不是物質的,會顛覆我們常人所熟悉的世界。

要理解單粒子雙縫實驗我們要先理解這個橡皮球

就像一個橡皮球,把它丟進水裡它會不斷上下擺動,激起一層層漣漪向周圍散開去,經過一段距離後碰上一塊有兩條縫隙的擋板,你能預測的是,大部分波紋都被擋在擋板前了,只有經過兩條縫的波紋才能穿過去,而在擋板後面你就能看見兩條波紋開始相互疊加,這就叫做幹涉圖。

原因在於,從兩縫隙出來的波紋,它們兩的波峰相互疊加,形成更強的波峰,同時它們的波谷也會兩兩疊加,形成更低的波谷,物理學家就把這種現象叫做「相長幹涉」。

但是當它們的波峰與波谷相遇時就會互相抵消齊平,物理學家把這個現象稱為「相消幹涉」。

根據這種情況,物理學家推測:只要它是波,那麼任何類型的波經過雙縫都應產生類似的幹涉圖。比如說我們所熟悉的水波,聲波還有電磁波(光也在內)。如果要證明某種物質,只要做一個實驗讓它產生幹涉圖就可以了,反之則是粒子。

現在,與水波類似的是光

同樣的當一束光穿過擋板上的兩條縫隙後也會產生幹涉圖案,歷史上首次觀察到這個現象的則是託馬斯·楊,它在1801年就做了一個雙縫幹涉實驗。

當然我們所熟悉光同樣也是電磁場中的一種波,這就要歸功於一個世紀之後的麥克斯韋。所以幹涉條紋的出現再合理不過了,沒錯吧。

但是最奇怪的地方來了

波產生幹涉條紋已經很清楚了,但是物理學家將單個光子向擋板縫隙依次發射過去後,同樣產生了幹涉圖!這下讓所有物理學家們都坐不住了,這明明是單個光子通過兩條縫隙的其中一條所形成的圖案,只會在後方形成兩道條紋,而不會形成幹涉條紋,但是後面的幹涉圖顛覆了所有人的認知。

實驗真真切切的擺在他們眼前,單粒子通過雙縫同樣會產生幹涉條紋,所以物理學家不得不在實驗面前低頭,這就有了後來在我們課本上所描述的:光具有波粒二象性(既是波,也是粒子)

如果你想問為什麼,但是我所能告訴你的答案是:不知道,但物理學家有多種量子力學闡釋都想解決這個疑惑。現今也有很多物理學家支持哥本哈根闡釋,如果你覺得雙縫實驗夠奇怪了,那就請您等下篇更為奇怪的哥本哈根闡釋

相關焦點

  • 關於奇怪實驗的:單粒子雙縫實驗,哥本哈根詮釋
    回顧一下我們之前說到的雙縫實驗,在發射粒子時和粒子到達屏幕上時,我們都是知道粒子的位置的。它從我們發射器的位置開始運動,並且在屏幕上的一個確定位置釋放能量,所以看起來粒子在發射時後到達時更加像粒子。其中之一便是哥本哈根詮釋,波爾和海森堡特別支持這個解釋。他們認為波函數沒有物理的本質,而是由純概的率組成。這說明雙縫實驗中的粒子只是一個最終包含了所有可能路徑的可能位置波存在,只有在粒子被探測時,其位置和所走的路徑才被決定。
  • 「毛骨悚然」的電子雙縫實驗
    之所以說電子雙縫幹涉實驗令人「毛骨悚然」,是因為電子雙縫幹涉實驗中出現的奇怪現象徹底顛覆了人類以往的認知。
  • 顛覆認知與世界觀的量子力學實驗
    在單粒子雙縫實驗中,人類得到了歷史上最奇怪的實驗結果。它是對於符合物理直覺的宏觀世界截然不同的量子世界的一種驚人闡釋。事實上,這個實驗表明現實的本質可能完全不是物質的。託馬斯·楊在1801年首次觀察到了光的雙縫幹涉。一束光經過兩條很窄的縫隙後產生了數條明暗條紋。現在我們知道光是一種電磁波,所以產生幹涉條紋再正常不過了、但是我們也知道光是由叫做「光子」的不可分割的一小束電磁能量組成,所以每個光子都是一小段電磁場中的波。這說明每個光子必須決定要穿過哪個縫隙,光子無法分成兩半然後在縫隙後合成。
  • 令人毛骨悚然的雙縫實驗,可能會改變你的三觀
    我們可能會聽到很多奇怪,詭異故事,很多未解之謎,沒有確定的答案,這時我們會說這不符合科學,是迷信。但在科學範疇裡也有讓科學家們感到不解的現象,即使是愛因斯坦對這方面也是非常迷惑,這就是量子。而在量子力學裡,有一個實驗聽起來令人毛骨悚然。下面我們來說說這個細思極恐的雙縫實驗。
  • 物理學最詭異實驗—雙縫幹涉
    1 楊氏雙縫實驗:光的實在性  光的雙縫實驗是託馬斯·楊(Thomas Young)在1801設計的,初為雙孔,後改為雙縫
  • 一分鐘看懂「雙縫實驗」,它揭露了一個可怕的真相
    一分鐘看懂「雙縫實驗」,它揭露了一個可怕的真相   量子力學是當今最先進的科學。它使得物理學有了新的進展。無論愛因斯坦還是霍金,它們的成就都是量子力學鑄造的。但是,很多量子力學的觀點讓我們感到不寒而慄。其中,「雙縫實驗」就是量子力學史上一個非常具有地位的實驗,它揭露了一個可怕的真相。
  • 「科學怪談」匪夷所思的電子雙縫幹涉實驗
    也被一些學者認為是「最令人毛骨悚然的科學實驗之一」。這就是「電子雙縫幹涉實驗」。想要完全解釋這個電子雙縫幹涉實驗,其實很燒腦,為了方便大家理解,筆者就用最簡潔的語言來為大家詳細解讀這個實驗。託馬斯·楊的實驗在物理學史上是一個聞名而經典的實驗,撼動了牛頓長達一百多年光粒子學說的統治,是光的波動學說被再次確認的有力證明,所以意義非同凡響。
  • 揭秘:世界上十大經典物理實驗之一的雙縫實驗
    作為被列入世界上十大經典物理實驗之一的雙縫實驗,讓很多物理學家和科學家們傷透腦筋。
  • 跨越200多年的雙縫實驗
    他在光源後加了一層煙燻玻璃,使得光的強度非常低,以至於可以把到達雙縫的光看作是一個個光子。這個「弱光」雙縫實驗,後來被解讀為單光子雙縫實驗,好比用一把「光子槍」,把光子一個一個地朝著雙縫發射。請注意,這裡的細節和重點是:光子是「一個接著一個」發射的,中間是有時間間隔的(約幾個毫秒),而不像楊氏實驗裡的光是一直亮著的。
  • 詭異的電子雙縫實驗
    電子雙縫實驗,可以說是量子物理學中,最令人不解的一個實驗。以至於很多物理學家,都懷疑量子力學。量子力學到底是完備的,還是不完備的。爭論一直持續到現在。談到電子雙縫實驗我們就不得不說說雙縫實驗如下圖:把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面,這樣就形成了一個點光源(從一個點發出的光源)。現在在紙後面再放一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。
  • 當代物理學對雙縫實驗反覆詳盡的考察表明:觀察真的會改變結果
    無論是否觀察以及如何觀察,觀察確實會改變結果,雙縫實驗就是向我們顯示如此狀況的簡單而又典型的實驗。因此,進行了這樣的實驗,但是這次,是在每條縫中都有一點光。當電子通過時,光會受到輕微幹擾,因此可以「標記」它穿過的兩個狹縫之一。隨著每個電子的通過,得到來自兩條縫之一的信號。最後,每個電子都被計數了,從而知道每個電子都經過了哪條縫。最後,當觀看屏幕時,這就是我們所看到的。
  • 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。
  • 從缸中之腦到雙縫實驗,人類是否真實存在
    雙縫實驗量子力學是當今世界先進的科學,它使得物理學有了全新的進展。可以說無論是愛因斯坦還是霍金,他們的成就都是量子力學鑄造的。但是,很多量子力學的觀點卻讓人感到不寒而慄。其中,「雙縫實驗」就是量子力學史上一個非常著名的實驗,它揭露了一個可怕的真相。
  • 單原子的雙縫幹涉實驗
    Physics World,2020,(2): 31)著名的楊氏雙縫實驗演示了光的幹涉原理。現在,利用雷射激發單個銣原子,可以做一種等效的單原子的雙縫幹涉實驗。在過去的20年裡,我面試過400多名想來曼徹斯特大學學習物理的學生。楊氏雙縫實驗是經常出現的題目,顯然讓學生們感興趣。
  • 史上最顛覆三觀的雙縫實驗,電子和人玩起捉迷藏,意識的神秘力量
    大家好,歡迎收看量子科普第62期,我是常常,今天和大家聊一聊關於電子雙縫幹涉實驗,它被譽為科學史上最毀三觀的實驗。1961年,蒂賓根大學的克勞斯·約恩松突發奇想的進行了電子雙縫幹涉實驗,簡單的說:將若干電子發射到前方有兩條相互平行的狹縫中,電子在通過狹縫後會在後面的探測屏上留下最終的運動位置,以便實驗人員進行觀察、總結。
  • 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?
    經典物理學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。
  • 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。
  • 雙縫實驗中,電子是怎樣通過雙縫的呢?
    最近幾天,老郭正在動手DIY一個「乞丐版」的光學幹涉儀,準備錄製一些實驗視頻。在測量狹縫到接收屏的距離的時候,突然想到了一個有趣的問題:電子的雙縫幹涉實驗現象與光的雙縫幹涉實驗現象類似,但電子是怎樣通過雙縫的呢?
  • 雙縫實驗中,電子是怎樣通過雙縫的呢?
    最近幾天,老郭正在動手DIY一個「乞丐版」的光學幹涉儀,準備錄製一些實驗視頻。在測量狹縫到接收屏的距離的時候,突然想到了一個有趣的問題:電子的雙縫幹涉實驗現象與光的雙縫幹涉實驗現象類似,但電子是怎樣通過雙縫的呢?電子究竟是粒子還是波?
  • 令人毛骨悚然的電子雙縫幹涉實驗
    這其中具有標誌性和裡程碑意義的一件事就是電子的雙縫幹涉實驗。1907年,託馬斯.揚實現了光的雙縫幹涉實驗,再次引發了光的本質究竟是粒子還是波的爭論,但此時的爭論仍局限在經典物理的範疇內。1961年,蒂賓根大學的克勞斯·約恩松不知道哪根筋搭錯了突發奇想用電子來進行雙縫幹涉實驗,從而打開了量子領域的一個潘多拉盒子。