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