雙縫幹涉實驗丨科學史上第一次「靈異事件」

2021-01-18 有德百科
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大家好,我是你們的小編白白。

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?

你觀察一隻飛行中的蚊子時,儘管它不停的飛來飛去,但實際上它在每一個時間點裡只會出現在一個位置,這就是粒子性

波動性的現象也簡單,你往平靜的水平扔一顆小石頭,當它落入水中的時候所產生的漣漪就是波動性,而當你連扔兩個小石頭的時候,當它們產生的波紋互相接近時,就會產生波的幹涉現象

在常識中,我們觀測到的現象,要麼表現出粒子性,要麼表現出波動性。

那麼光是什麼呢

為了找到真相,大家決定做一個實驗:用一個機器發射光束。

假如光束是由粒子組成,那當它通過雙縫後呈現在屏幕上時就一定會留下兩道槓,這就和子彈擊中目標後會留下孔是一樣的道理;

假如光束是由純波組成,那麼屏幕上就會留下如斑馬線一樣的條紋。

根據波動理論,水波穿過縫隙時會形成兩個波源。

兩個波源互相干涉,波峰與波峰之間強度疊加,波峰與波谷之間正反體削,最終屏幕上會出現一道道複雜且唯美的斑馬線。

雙縫幹涉實驗設備

第1次實驗,把光子機槍對準雙縫發射,結果標準的斑馬線。

第2次試驗,把光子切換到點射模式,雖然每次只發射一個光子,但是經過一段時間的積累,還是出現了幹涉條紋斑馬線!

這讓人百思不得其解,明明兩個狹縫只有一個狹縫有光子通過,那麼這一個光子是在和誰進行幹涉形成斑馬線條紋呢?

難道他是在和自己幹涉嗎?

到這裡為止第1個問題出現,為什麼會這樣?

這讓物理學家感到無比蹊蹺,並且開始嘗試第3次實驗。

在屏幕前加入兩個探測器,一邊一個,左右排開,哪邊的探測器出現了光子,就說明光子穿過了那條縫,通過探測器觀測到的數據發現,光子確實是只從左或右一條縫隙單一通過。

正當科學家以為一切都真相大白的時候,卻突然頭皮發麻。

就在屏幕上看到了明顯的兩道槓!

為什麼會這樣?

為什麼用探測器觀測了,就從班馬線變為兩條槓了?



這邊是量子力學中定律,觀察者原理。

就是,觀察者觀測了就會引起疊加態的坍縮,看到一個確定無疑的結果。

由於當時哥本哈根詮釋尚未提出,所以他們也是一頭霧水。

而且光是波還是粒子,似乎都說的過去。

正當他們吵得不可開交時,愛因斯坦提出了一個大膽的假說:光量子假說,並在後來演化成了波粒二象性。

既光子在傳播的時候顯示為波形,但是在測量時卻顯示出粒子性。

但要強調的是,波粒二象性是性質而不是本質。

通俗的說就是,光既可以表現出波的性質,又可以表現出粒子的性質,而這其中的變量是因為觀測方式的不同。

舉一個並不恰當,但是很容易理解的例子,你是你爸爸的兒子,你爸爸也是你爺爺的兒子,但是你能說你爸爸就是兒子嗎?

光也是一樣的道理。

到這裡為止所有的疑問似乎都迎刃而解,雙縫幹涉實驗可怕嗎?不可怕。

但是幾十年後發生的一件事情,才是讓經典物理學倒塌的關鍵。

這就是1979年惠勒提出的延遲選擇實驗。

約翰·惠勒(John Archibald Wheeler 1911-2008)提出的實驗證實了光真的具有「智慧」。

之前提到,有學者懷疑是人的觀測影響了實驗,導致粒子性質變化。那麼我們可不可以在光在已經確定自己性質之後再去觀察它的狀態呢?這就是惠勒延遲選擇實驗的目的。

他們繼續重複之前的雙縫幹涉實驗,不過這次只有屏幕沒有攝像頭。

物理學家計算好光子穿過縫隙的時機,當光子穿過後,在最後快要落到屏幕前時加上探測器,結果無論他的速度多快,只要最終加上屏幕上一定是兩道槓,反過來如果一開始有攝像頭,哪怕在最後一刻撤掉,屏幕上一定是斑馬線。

實驗結果是,無論我們選擇如何,光子都能提前知道我們的選擇,會立即改變成相應的狀態。

這個實驗費解之處在於,觀察者現在的行為可以決定已經發生的事情。這一結論與傳統的人類世界觀因果律相違背。

原因就在於探測設備是在光子穿過縫隙之後才對光子造成了影響,但是能影響到光子穿過幹涉縫之時的狀態。

這點就很有意思了。

理論上來講,光子穿過縫隙是因,被探測在後,是果,按照經典物理學的因果律,因能決定果。

但在這次實驗中,果卻能決定因!

也就是說在微觀世界中未來確實能改變從前!

截止到目前對於此問題還是沒有一個人能給出一個確切的解釋,事實上,在量子物理學領域,資深學者們就這一現象的本質原因一直諱莫如深,普遍認為這不是物理學的討論範疇。

19世紀末,物理學的大廈似乎即將完美竣工,牛頓力學似乎掌握著人類所知的一切現象,與電磁學、熱力學相互配合。

仿佛世界的秘密已經被我們窺探無餘。

人類所理解的世界用這些理論都可以解釋。科學嚴謹,非黑即白,而愛因斯坦是典型的代表人物,他認為世界上不可能存在真正的隨機,彩票、天氣等等看起來隨機的事情都可以計算出結果,只是因為你的知識儲備還不夠計算出這些結果而已。

所以他說出了註明的那句:「上帝不擲色子。」

而世界不會因為你的不相信而改變,即便你是愛因斯坦。

上帝的創造深不可測,不是人類可以揣摩窺探的。

這些微觀物理現象,直接說明我們這個世界的物質並不是傳統意義上的客觀存在,更嚴謹的說,在我們所處的宇宙,至少人類的意識是能夠對微觀物質的狀態產生影響的。

對於人們來說,是時候需要重新定義一下什麼是物質。

去思考,物質是否有自己的「智慧」和「生命」?

你也許會問:這又和我有什麼關係呢?物質還是物質,沒什麼變化嘛。

其實關係很大,因為這直接涉及到另一個重要的問題:我們的意識是什麼?這個宇宙的本質又是什麼?它們之前是否存在密切的聯繫?


耶穌回答說:「我實在告訴你們,你們若有信心,不疑惑,不但能行無花果樹上所行的事,就是對這座山說:『你挪開此地,投在海裡!』也必成就。你們禱告,無論求什麼,只要信,就必得著。」

——馬太福音 21:21-22 






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