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量子力学到底有多恐怖?
或许恐怖谈不上 , 但绝对让人感到震惊 , 完全颠覆了人们几千年来的传统认知 。 于是很多人就用“遇事不决量子力学”来描述量子力学的诡异性 。
而电子双缝干涉实验的过程和结果甚至让科学家们感到恐怖 , 到目前为止仍然没有一个让人信服的理论来诠释这个诡异的实验 。
电子双缝干涉实验到底诡异在哪里?咱们先从头说起 , 从光说起 。
作为物理学界的大佬 , 牛顿对光的很多现象都非常痴迷 。 通过三棱镜实验把一束光分成了多种颜色 , 同时光既然能折射 , 也能反射 , 那么光应该是由最小的粒子组成 , 就像一个个微小的玻璃球那样 , 这就是牛顿关于光的“粒子说” 。
不过到了19世纪 , 托马斯杨做了一个实验:托马斯杨干涉实验 。 实验并不复杂 , 让一束光穿过两条狭缝 , 然后达到狭缝后面的屏幕上 。
如果光真的像牛顿所说的是“粒子” , 那么屏幕上应该会呈现出两条条纹 。
但是结果并不是那样 , 屏幕上显示出的是很多条条纹 , 显然是光通过狭缝后发生了干涉 , 于是产生了干涉条纹 。
这表明 , 光是一种波 。 就像水波那样 , 两条水波相遇时会发生“干涉” , 重叠后形成波峰和波谷 。
托马斯杨的实验只是说明光是一种波 , 这没有什么诡异的 , 诡异的事情还在后面 。
随着现代物理学的发展 , 科学家们发现光子在传播过程中并不是连续的 , 而是一份一份的 , 这就是所谓的“光量子” , 最开始由普朗克发现的 , 光的“粒子说”再次被科学家们提出来 。
既然光是粒子 , 为什么通过狭缝时会发生干涉行为呢?就像我们用玻璃球射向狭缝 , 玻璃球不可能会发生干涉 。
如果说科学家对“光到底是粒子还是波?”还有争议的话 , 那干脆直接用电子做实验好了 , 毕竟科学家们认为 , 电子是实体粒子 , 不可能是波 。
于是 , 接下来就到了电子双缝干涉的时刻 。
当科学家朝着双缝不断发射电子的时候 , 最开始屏幕上呈现杂乱无章的亮点 。 但是当发射的电子数量足够多时 , 科学家有了意外发现:屏幕上同样会呈现干涉条纹!如下图:
这只能说明一点:电子通过狭缝后发生了干涉 。 但电子是粒子 , 怎么可能发生干涉呢?
科学家们一头雾水 。 于是实验升级了 。 科学家一个一个发射电子 , 这样就不会发生干涉了吧?
但结果让科学家再次震惊:屏幕上仍然呈现干涉条纹!因为这说明单个电子同时穿过了两条狭缝 , 然后自己和自己发生了干涉!
这彻底颠覆了人们的世界观和宇宙观 。
科学家们不服 , 想知道单个电子是如何同时通过两条狭缝的 , 于是在狭缝旁边安装了探测器进行观测 。
奇怪的事情又发生了:电子就好像早就意识到科学家会进行观测 , “乖乖地”一个一个通过狭缝 , 没有发生任何干涉行为 , 屏幕上只呈现出两条条纹 。
科学家彻底疯了:这到底是为什么?
【电子双缝干涉实验为什么让科学家感到恐怖?到底发现了什么?】“哥本哈根学派”的领军人物波尔给出了这样的解释:微观粒子的状态是不确定的 , 处于一种叠加态 , 它们的状态只能用“波函数”来描述 。 当我们不去观测时 , 微观粒子可能在任何地方 , 而当我们进行观测的时候 , 就会坍缩为确定的状态(粒子状态) 。
说白了 , 电子其实也是一种波 , 具有波的特定 , 所以它的状态是不确定的 , 可以同时穿过两条狭缝自己与自己发生干涉 , 产生干涉条纹 。
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