網友問:有哪些科學實驗,對於沒有深刻學習的人是很難理解的?

2020-12-05 艾伯史密斯

其他答友,已經舉了很多例子,艾伯菌不再重複舉例,就給大家說一個量子力學的「三偏振鏡實驗」。

這是一個神奇的實驗,沒有深刻學習量子力學的人,是很難理解的!

我們知道,光具有偏振現象,比如攝影裡面用的偏振鏡片,就可以過濾掉湖面和玻璃的反射光,那是因為反射光的偏振方向具有選擇性。

我們準備三塊偏振鏡片,實驗過程:

(1)我們透過一塊偏振鏡看物體,會發現光線稍微減弱,這很好理解,首先鏡片不可能100%透光,然後偏振片會過濾掉一個方向(垂直)的光,並無異常;

(2)我們使用兩塊偏振片看物體,當兩塊偏振片的偏振方向一樣時,照常透光;當偏振方向垂直時,我們發現光線完全無法透過;這很容易用經典波的規律解釋;

(3)關鍵來了,兩塊偏振方向垂直時完全無法透光,一旦我們在這兩塊偏振片之間,加入第三塊偏振片,而且角度處於兩者之間時,我們發現透過三塊偏振片又可以透光了;

這是一個神奇的結果,透過兩塊鏡片無法透光,可是在這兩塊鏡片不動的情況下,我們單單加入第三塊鏡片,就使得三塊鏡片透光了。

在量子力學中,我們可以把光波看成單個粒子,也就是光子,如果我們用光子模型看——光子無法穿過兩塊偏振方向垂直的鏡片,但是我們在中間加入第三塊偏振片時,就有光子穿過了三塊鏡片。

那麼請問:中間的偏振鏡片,到底對光子做了什麼呢?

如果我們把大量光子的集合看成光波,並給光波加上方向矢量,然後光波每經過一個和自己偏振方向有角度的偏振鏡時,就會在對應角度進行餘弦投影,如此也可以勉強解釋三偏振實驗。

但是在量子力學中,更神奇的事不止於此,科學家還發現,當我們逐一發射單個光子時,總體現象也會呈現最初的情況,說明三偏振實驗並非光子的集體行為,而是單個光子也具有的行為。這樣的話,上面的解釋也說不通了。

關於這個問題,沒有深度學習量子力學的人,是很難理解的;而且要解釋其中的原理,也涉及很深的量子力學內容,在這艾伯菌不在詳細敘述,有興趣的讀者朋友,可以自行查閱相關量子力學知識。

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