光的形態完全取決於觀察者

2020-12-03 大勇有事說

二十世紀科學家一直在糾結一個問題,光究竟是波還是粒子?於是科學家們決定做一個實驗,即雙縫幹涉實驗,雙縫就是在一塊隔板上開兩條縫,用一個發射光子的設備對著雙縫發射光子,從雙縫漏過去的光子,打在縫後面的屏上就會留下一個光斑,實驗之前科學家做出了如下推測,第一種可能,如果光子是純粒子,那麼光子就像設備發射的光子一樣筆直的從雙縫中穿過,屏幕上留下的一定是兩道槓,因為其他角度的光子都被板子擋住了,第二種可能如果光是純波,那麼屏幕上會留下斑馬線般的一道道條紋,根據波動理論,波穿過雙縫時會形成兩個波源,兩個波各自震蕩幹涉,波峰于波峰之間強度疊加,波峰與波谷之間正反抵消,最終屏幕上會出現一道道複雜唯美的斑馬線,總之兩道槓光是粒子,斑馬線,光是波,無論結果如何,這都在我們的預料之中,第一次試驗,把光子發射器對準雙縫發射,結果是標準的斑馬線。

試驗進行到這裡,光看似是一種波,可以發生幹涉,可堅持光是粒子的科學家繼續第二次試驗,把光子槍切換到點射模式,保證每次只發射一個光子,一開始光子數量較少時,屏幕上的光點看上去一片雜亂無章,隨著積少成多漸漸顯現出了斑馬線條紋,根據波動理論,斑馬線來源於雙縫產生的兩個波源之間的幹涉疊加。而單個光子要麼是穿過左縫,要麼是穿過右縫,到底是誰在幹涉呢?難道光子穿過縫隙時自己分成了兩半了嗎?然後自己跟自己幹涉嗎?又或是一個光子同時穿過了兩個縫隙?事情好像越來越複雜了?於是科學家決定做第三個實驗,又在雙縫前加裝兩個探測器,可以記錄光子究竟是穿過了哪個縫隙,同時還是點射模式發射光子,通過探測器發現,光子確實是從左縫或者右縫單一通過,也就是說光子並沒有一分為二,然而就在科學家納悶光子穿過雙縫跟誰在幹涉時,詭異的事情發生了,實驗進行到這裡。

屏幕上的條紋,不知道什麼時候悄悄的變成了兩道槓,科學家又重複了多次實驗,不加裝探測器結果總是斑馬線,光是波,加裝探測器結果變成兩道槓,光是粒子。難道實驗結果取決於我們是否用探測器觀測了它?實驗進行到這裡,光是粒子還是波已經不重要了,重要的是光的性質取決於你是否觀察了它,難道它知道你是否在觀察它?

後來科學家建立了量子力學理論,根據量子力學的第一定律,即疊加態原理,光子處於粒子和波的疊加狀態,同時根據根本哈根詮釋:當光子在穿過縫隙時,處於穿過了左縫合右縫的疊加態,當你去觀察光子時,它的波函數坍縮,坍縮為波或者粒子,是穿過了左縫還是右縫的確定值,即量子力學的觀察者原理。需要指出的是:光是波還是粒子,取決於你以何種方式去測量它,當你用測量粒子的方式去測量它時,它表現為粒子,當你用測量波的方式去測量它時,它表現為波的性質,為什麼會這樣?沒有人能回答這個問題。

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