一個普通的物理實驗到底詭異在哪兒，能讓那麼多人著迷？

作為一個長期充滿好奇心的人，我總是對各種奇聞異事懷有極大興趣。然而，沒想到，我作為一個物理極差，且對於理科毫無興趣的文科生，有一天，居然對物理產生了強烈的探索欲！

這個激發我極大求知慾的東西，就是著名的「雙縫幹涉實驗」。這個實驗可以說也是全球網際網路上最神秘，最詭異，最讓人不解的現象之一，甚至於讓物理這個在很多人看來晦澀難懂又枯燥的東西出了圈。

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實驗是什麼

理解實驗之前，先做個最簡單的假設。我們把小球隨機射向前方有著一條豎直縫隙的擋板，小球穿過擋板縫隙並打在牆上，就會留下點狀的痕跡；那麼，如果一直不停把小球射向擋板，穿過縫隙的小球們在牆上留下的痕跡，就會漸漸變成一條豎線。

小球穿過單縫

這時把擋板的縫隙變成同樣長短粗細且平行的兩條（「雙縫」的含義），再把小球們不停射到兩條縫隙裡，最後牆上的痕跡就會變成近乎平行的兩條豎線。

小球穿過雙縫

好，我們這時再把小球換成水波又如何呢？事實就是，如果擋板只有一條縫，水波不停穿過縫隙後，留在牆上的痕跡也是一條豎線（此時和小球的情況沒有區別）；

水波穿過單縫

而當縫隙變成和前面一樣情況的兩條時，結果不一樣了。因為穿過縫隙時，波紋會在擴散時相互影響交叉（「幹涉」的含義），當波紋不斷進入縫隙時，交叉情況就會更加複雜，而牆上的痕跡就會變成多條明暗相間且平行的豎線（這個就叫「幹涉條紋」），和小球的情況形成對比。（不信自己可以實驗一下，看看雙縫的水紋效果就知道了）。

水波穿過雙縫

以上就是雙縫幹涉實驗的基本操作。而所謂的小球和水波其實只是個形象的比喻，方便大家理解罷了。真正的實驗對象，其實是微觀世界的粒子（光子和電子等，別怕，用不著理解這個的含義和區別）。

幹涉條紋

而當我們把光子（電子）射向擋板的縫隙時，結果會是什麼？其實和前面的假設差不多，當擋板只有一條縫時，穿過縫隙的光子（電子）們依然會在牆上留下一條豎線痕跡；而變成雙縫擋板時，牆上的痕跡就變成了和水波一樣的幹涉條紋。

粒子穿過單縫

粒子穿過雙縫

這印證了一條物理學基本原理：粒子具有波粒二象性。這個意思就是說，光子和電子這樣的粒子既是粒子（就像個小球），又是波（仿佛水波）。所以通過單雙縫時，會留下兩種不同痕跡。

詭異的實驗結果

這時，哪怕你沒有聽懂，我想你也可能會有個疑問：「哈？就這？聽上去好像沒什麼啊？」

別急。如果真的這麼簡單，那這個實驗怎麼會這麼出名呢，你說是吧？

因為這個實驗還沒有做完。科學家們想，之前是多個粒子同時不停發射，在穿過雙縫時，可能互相碰撞影響，所以在牆上留下了幹涉條紋；那麼把粒子一個一個單獨發射過去呢？應該不再會有幹涉條紋了吧？（就像那個小球的雙縫實驗一樣）

單個粒子穿過雙縫

然而，事與願違。即便通過這種方法規避了互相影響的可能，在雙縫條件下，最後依然在牆上形成了幹涉條紋（而不是大家認為的兩條豎線）！咦？怎麼回事？難不成單個粒子射過去會分裂成兩個粒子（兩條波），自己幹涉自己？然而這還不算什麼。

他們又架設了一臺觀測裝置放於擋板處，用來觀察單個粒子穿過雙縫時的運動軌跡。你猜怎麼著？這時的粒子居然乖乖聽話，像我們之前認為的那樣，只會從其中一條縫穿過，觀測結束後，留在牆上的痕跡是兩條豎線；而停止觀測後，單個粒子又開始不聽話了，痕跡再次變成幹涉條紋！（這個現象被稱為「觀察者效應」）

單個粒子穿過雙縫，並加上觀測裝置

這時的效果

這個就太奇怪了！難道粒子是在不知下一個粒子落點前，已經有意識地預測並選擇了自己的落點，從而形成幹涉條紋？還有意規避人類的觀察？人的抽象意識還能改變客觀結果？

這個單粒子雙縫幹涉實驗可以說震驚了世界。人們百思不得其解—沒有生命的物質也有意識？人們常說物質決定意識，難不成也可以反過來？一時間，科學仿佛和玄學都能扯上關係了。而這個實驗最早由19世紀初的英國科學家託馬斯·楊（Thomas·Young）提出並發現，如今也沒有特別完美的解釋。

進階版實驗再次顛覆認知

而以經典雙縫幹涉實驗為基礎，科學家們還陸續做出了更多進階版，比如這一個。

這個實驗叫做「延遲選擇量子擦除實驗」。想法最早來自於愛因斯坦的同事約翰·惠勒，他在1979年提出了這個構想。只不過這個設想因為條件限制，當時並沒有直接實驗過。後來隨著科技進步，人們終於可以通過實驗裝置完成這個構想性實驗了。它的基本操作如下：

以經典雙縫幹涉實驗為基礎，先在雙縫擋版和牆體之間增加一個特殊晶體和A，B兩個探測器（你可以把這個理解為我們的眼睛）。實驗開始後，單個粒子會陸續穿過縫隙（縫隙標記為縫隙A和縫隙B），到達晶體後，粒子被分為相同大小質量的兩個，先把一個投在牆體，再把另一個隨機投在A和B兩個探測器上（分別對應縫隙A和縫隙B）。

延遲選擇過程

運用晶體把粒子分成兩個，是為了不觀測投到牆體粒子的運動，探測器則是用來測定另一個粒子是來自於哪條縫隙—如果探測器A（B）亮起，表明粒子經過的是縫隙A（B）（這個過程就是「延遲選擇」）。把觀測器放到擋板後，就是為了避免之前的觀察者效應。但實驗結果顯示牆上得到的痕跡依舊是兩條豎線。不應該啊？我們並沒有直接觀察投到牆體的粒子啊？

然後，科學家在探測器A和B之後，又增加了探測器C和D。當粒子經過探測器A和B之後，有一半粒子來到了C和D並使其發光。它的作用就是擾亂之前探測器A和B的觀測結果，我們便無法得知粒子穿過的是哪條縫了（這個過程叫做「量子擦除」）。你能想到嗎，牆上的痕跡又變成了幹涉條紋！

量子擦除過程

結果又一次顛覆了人們的基本認知！它仿佛告訴我們，因果規律可以倒過來，我們的現在的觀測行為居然能夠影響過去的粒子狀態，也就是現在的行為使得事件回到了過去，發生某種改變並影響了結果。

難道，科幻小說裡的時間回溯，時光倒流似乎成了可能？

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不得不說，現有科學仍然還有局限性，誰也不知道宇宙之間還有什麼東西和規律是我們不知道的。也許，終有一天，我們能建立新的認知和規律，把這些不合理變成合理，想想就覺得很神奇。