「可怕的」雙縫幹涉實驗:世界還是你看到的那樣嗎?

2020-11-22 狐狸等魚

什麼是雙縫幹涉實驗?

在量子力學裡,雙縫實驗(double-slit experiment)是一種演示光子或電子等等微觀物體的波動性與粒子性的實驗。雙縫實驗是一種「雙路徑實驗」。

在這種更廣義的實驗裡,微觀物體可以同時通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑,從初始點抵達最終點。這兩條路徑的程差促使描述微觀物體物理行為的量子態發生相移,因此產生幹涉現象。

「可怕的」雙縫幹涉實驗及其延伸

雙縫幹涉實驗

假若光束是由經典粒子組成,將光束照射於兩條相互平行的狹縫,則在探射屏應該會觀察到兩個單縫圖樣的總和。但實際並不是這樣,如下圖所示,在探射屏顯示出一系列明亮條紋與暗淡條紋相間的圖樣。

由於亮度分布可以用波的相長幹涉與相消幹涉這兩種幹涉機制來解釋,意味著光是一種振動波,這促使光波動說被廣泛接受,也導致17、18世紀的主流理論「光微粒說」漸趨式微。

單獨粒子的幹涉現象

隨著科技的快速進步,使用能夠發射單獨電子的物理儀器來進行雙縫實驗,每一次最多只有一個電子通過雙狹縫,而不是一大群電子在很短時間間隔內擠著要通過雙狹縫。值得注意的是,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!

這解釋並不符合平常觀察到的離散物體的物理行為,人們從未親眼目睹老虎在同時刻穿越過兩個並排的火圈,這並不是很容易從直覺就能夠贊同的結果。可是,從原子到更複雜的分子,包括巴基球,這些微觀粒子都會產生類似現象。

延遲實驗

更令人匪夷所思的還在後面,在1979年為紀念愛因斯坦誕辰100周年的討論會上,約翰·惠勒提出了「延遲實驗」的構想:對電子的雙縫幹涉進行了進一步思考,並指出我們可以「延遲」電子的決定,使得它在已經實際通過了雙縫屏幕之後,再來選擇究竟是通過了一條縫還是兩條。此種說法震驚當時的學術界。

眾多科學家紛紛進行實驗,結果是:在確定電子通過雙縫之後,迅速在擋板前放置高速攝像機時並沒有出現幹涉條紋;反之,在電子通過雙縫後,迅速移除高速攝像機,幹涉條紋還出現!這說明,「我」是否放置攝像機將影響電子以怎樣的方式通過雙縫。也就是說「我」現在的一個行為,竟然決定了電子過去的行為!

對此的解釋「哥本哈根詮釋」與「薛丁格的貓」

哥本哈根詮釋

除了光子的發射時間與抵達探測屏時間以外,在這兩個時間之間任何其它時間,光子的位置都無法被確定;為了要確定光子的位置,必須以某種方式探測它;可是,一旦探測到光子的位置,光子的量子態也會被改變,幹涉圖樣也因此會被影響。

所以,在發射時間與抵達探測屏時間之間,光子的位置完全不能被確定。

薛丁格的貓

設想在一個封閉的匣子裡,有一隻活貓及一瓶毒藥。當衰變發生時,藥瓶被打破,貓將被毒死。按照常識,貓可能死了也可能還活著。量子力學告訴我們,存在一個中間態,貓既不死也不活,直到進行觀察看看發生了什麼,可貓既活又死違背了邏輯思維。

儘管如此,長期以來物理學家們出於或許實用主義的考慮,還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價:違反了薛丁格方程。

背後的意義

這樣稀奇古怪的事情說明了什麼呢?

這說明,宇宙的歷史,可以在它實際發生後才被決定究竟是怎樣發生的!在薛丁格的貓實驗裡,如果我們也能設計某種延遲實驗,我們就能在實驗結束後再來決定貓是死是活!比如說,原子在1點鐘要麼衰變毒死貓,要麼就斷開裝置使貓存活。但如果有某個延遲裝置能夠讓我們在2點鐘來「延遲決定」原子衰變與否,我們就可以在2點鐘這個「未來」去實際決定貓在1點鐘的死活!

這樣一來,宇宙本身由一個有意識的觀測者創造出來也不是什麼不可能的事情。雖然宇宙的行為在道理上講已經演化了幾百億年,但某種「延遲」使得它直到被一個高級生物所觀察才成為確定。我們的觀測行為本身參與了宇宙的創造過程!這就是所謂的「參與性宇宙」模型(The Participatory Universe)。

宇宙本身沒有一個確定的答案,而其中的生物參與了這個謎題答案的構建本身!

相關焦點

  • 超級恐怖的雙縫幹涉實驗,世界是意識影響?
    ,而是你去看的那一個瞬間,世界變成了你看到的世界。光束的波動性質使得通過兩條狹縫的光束互相干涉,造成了顯示於偵測屏的明亮條紋和黑暗條紋,這就是雙縫實驗著名的幹涉圖案。02超級可怕和詭異的電子雙縫幹涉實驗
  • 人類最恐怖的實驗,雙縫幹涉實驗,意識決定你看到的是什麼
    似乎意識永遠決定不了物質世界,並且也永遠找不到證據。可是,雙縫幹涉實驗,讓人類看到了恐怖的一面。先介紹一下雙縫幹涉實驗。這個可能高中物理學過。就是一道光,在經過兩道平行的縫後,然後,會在幕布上,形成幹涉條縫。這也水波經過兩個孔後,然後幹涉,是一樣的。從而證明了光的波動性。
  • 「科學怪談」匪夷所思的電子雙縫幹涉實驗
    隨著量子物理的誕生,粒子世界被知曉,物理學家們突發奇想,把光的雙縫幹涉實驗由光粒子變成了電子,重複這這個實驗。物理學家使用電子發射源發射電子束從前木板的雙縫小孔中射入,讓電子概率性的穿過孔後的雙縫板,最後落入到後面的屏幕上,屏幕上有可以顯示電子最終位置的探測器,實驗方式其實和光的雙縫幹涉實驗差不多。
  • 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?
  • 不可理喻的微觀世界:雙縫幹涉實驗
    當你觀測光子路徑的時候,光子仿佛知道你在觀測!而你不觀測的時候,它就成了一種都有可能的隨機狀態。於是,雙縫幹涉實驗進入大家視野。一旦我們去看電子從哪個縫通過,這時候顯示屏就只有兩條亮線;然而不觀測,又出現了幹涉條紋。
  • 令人毛骨悚然的電子雙縫幹涉實驗
    然而,隨著人們對世界認識的深入,隨著人們認識領域的不斷擴展,當人們的認識來到亞原子的層面時,人們終於發現了問題。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。
  • 雙縫幹涉延遲實驗可靠嗎?
    量子延遲實驗提出來的時候只是一個思想實驗,並沒有經過實際驗證。但是隨後卻有部分科學家嘗試著進行實際的實驗,做出的結果也和理論預言一致。雙縫幹涉實驗量子延遲實驗是雙縫幹涉實驗的升級版,實驗的核心思想就是在確信光子已經通過幹涉狹縫的時候
  • 「雙縫幹涉」實驗,細思極恐
    你所看到的就一定是真實的嗎?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。
  • 可怕,詭異,毀三觀的量子力學《電子雙縫幹涉實驗》打破因果論.
    在傳統哲學和經典物理學中,因果論幾乎成了大家公認的真理,世間的一切都按照特定的規律運行著,直到有一天,一片烏雲從遠方飄來(量子力學)從烏雲裡射出一道閃電,把我們的因果論擊的粉碎,那就是著名的《電子雙縫幹涉實驗》,這個實驗即可怕,又詭異,簡直毀人三觀。
  • 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。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋,這就是雙縫幹涉條紋。那麼電子雙縫幹涉實驗呢當電子通過一條縫隙時候,後牆上只有一條線(如上圖),通過兩條縫隙時候,後牆上出現幹涉條紋。
  • 科學小實驗:楊氏雙縫幹涉實驗
    這叫幹涉,振動波才有這樣的現象,如果光是粒子的話,在它後面應該是兩條細細的光線。這個實驗就是著名的楊氏雙縫幹涉實驗,聽說這個實驗改變了整個世界呢。今天我們嘗試看看能不能也做一個這樣的實驗。第1步:準備一個光源。
  • "雙縫幹涉"實驗,細思極恐
    你所看到的就一定是真實的嗎?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。
  • 雙縫幹涉實驗為什麼挑戰了因果律了?
    如果將兩條狹縫中的一條關閉的話,這種幹涉條紋就立刻消失了。這說明通過兩條狹縫的電子 以波的形式產生了某種幹涉。在經典物理學中,電子作為一種粒子,它的運動軌跡被理解為類似於炮彈飛行彈道或是行星運行軌道一樣的東西。但在電子雙縫幹涉試驗中,這種粒子卻表現出了一種光波一樣的波動性。但這還是不是這個實驗最令人費解的地方。
  • 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。
  • 張祥前對光的雙縫幹涉實驗的解釋
    20世紀,物理學家們遇到一個難題:光到底是波還是粒子?一部分人認為光是波。另一部分人認為光是粒子,像一粒粒光滑的小球。這個問題一直到現在仍然沒有解決,現在物理界只好認為光即是粒子又是波,稱為波粒二像性。光的著名實驗是光的雙縫實驗。
  • 他山之石:雙縫幹涉實驗恐怖嗎?恐怖在哪?
    文末有全套高清版資料下載連結,敬請下載學習)開門見山的說,雙縫幹涉實驗不恐怖,但是難以理解。即使對於物理專業的學生來說,一開始接觸到量子力學的雙縫幹涉實驗時,也會嗅到有一絲玄學的味道。開門見山的說,雙縫幹涉實驗不恐怖,但是難以理解。
  • 雙縫幹涉實驗真的無法解釋嗎
    光的雙縫幹涉實驗是證明光具有波動性有力證據,後來人們又用電子,質子等粒子進行實驗,得到了同樣的結果,證明波粒二象性對所有物質具有普適性,然而其背後的原因一直是個謎,特別是當我們對其進行觀測時,幹涉條紋卻神秘消失了。光子似乎和我們玩起了捉迷藏。
  • 顛覆三觀的雙縫幹涉實驗,最靈異的科學實驗
    你認為看到的世界是完全真實的嗎?從20世紀講起,當時物理學家們開始糾結一個問題,光到底是波還是粒子?一部分人認為光是跟水波紋一樣的波?另一部分人認為光是粒子,由一粒粒光滑的小球組成。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。
  • 雙縫幹涉實驗丨科學史上第一次「靈異事件」
    如果告訴你,這個世界的物質狀態能夠因人的意識觀察而改變,是不是覺得不可思議?事實上,這早已被物理學家們通過實驗證明。我們從顛覆人類傳統認知,科學史上的第一次「靈異事件」的雙縫幹涉實驗談起。故事還要從20世紀開始講起。當時物理學家們開始糾結一個問題:光到底是波還是粒子?
  • 真分身術雙縫幹涉實驗
    其實我們在中學時候就已經接觸過量子理論了,就是光的波粒二象性,當時當時老師一般不會講太多,所以也沒覺得這個雙縫實驗有多神奇,所以也沒覺得這個雙縫實驗有多神奇。,但是這個實驗可是號稱,「世界十大經典實驗」之首,所以它一定有它特殊的地方,那我們今天就來聊一聊這個,可能顛覆你三觀的實驗,在早期:大家都普遍認為光是一種粒子」,在早期大家都普遍認為光是一種粒子,在早期·大家都普遍認為光是一種粒子,畢竟牛頓是「粒子說」的扛把子人物,要知道在那個年代,牛頓那就是神一樣的存在。