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人类科学史上 , 做过很多实验 , 实验也是推动人类科学不断发展的重要力量 。 但是有那么一些实验 , 结果却让科学家们感到很恐怖 。
比如说 , 著名的电子双缝干涉实验 。
这个实验是经典物理与量子物理的一场碰撞 , 碰撞过程产生了“激烈火花” , 同时也推动了量子力学的发展 。
首先 , 简单了解一下我们非常熟悉的经典物理学 。 在三百多年前 , 牛顿横空出世 , 提出了统治物理学界几百年的万有引力定律和力学三大定律 , 奠定了经典物理学的基础 。
牛顿的经典物理学描述的是低速世界下的宏观物体运动规律 , 宇宙万物是确定的 , 可描述的 , 具有因果关系 。
在这种世界观下 , 大自然存在着客观的自然规律 , 我们只需要找到它就可以描述宇宙中的万事万物 , 这也是所谓的“决定论”:万物是可描述的 , 有规律可循的 。
而我们的日常生活经验也确实告诉了我们这点 , 与我们的感知非常相符 , 所以大家都对牛顿的经典物理学深信不疑 。
以至于当量子力学横空出世的时候 , 爱因斯坦薛定谔的物理学界大佬都无法相信量子力学中的诡异现象 , 更不要说普通人 , 可见经典物理在人们心目中早已根深蒂固 。
下面来具体说一下电子双缝干涉实验为何很恐怖 。
长话短说 。 电子发射枪 , 带有两条狭缝的挡板 , 挡板后面是接收屏幕 。
在人们的固有概念里 , 电子是实在的粒子 。 所以向两条狭缝发射电子时 , 屏幕上应该呈现两条条纹 。
但事实上并非如此 , 屏幕上呈现的是明暗相间的干涉条纹 。 这说明电子并不是粒子 , 也是一种波 , 具有波的特性 。 在电子穿过两条狭缝之后 , 发生了干涉 , 才产生了干涉条纹 。
紧接着科学家一个一个地发射单个电子 , 但干涉条纹仍旧出现 , 这就很不可思议了 。 单个电子怎么可能会出现干涉现象呢?难道电子同时穿过两条狭缝自己与自己发生了干涉?
科学家们很聪明 , 他们想到了在狭缝旁边安装了探测器 , 看看电子到底是如何通过两条狭缝的 。
这时候让人匪夷所思的事情发生了:当科学家试图观测时 , 干涉条纹消失不见了 , 呈现的是两条条纹 。 而当探测器再次打开时 , 干涉条纹又出现了!看起来就好像电子知道科学家正在观测一样!
这让科学家百思不得其解!
以波尔为首的哥本哈根学派提出了“互补性原理” , 认为不仅仅光子 , 电子也具有波粒二象性 , 既是粒子也是波 。 我们无法确定电子的位置 , 只能用概率去描述 , 只能计算出电子在某个位置出现的概率 。 要想确定电子的概率 , 只有通过观测 。
爱因斯坦和薛定谔等人对于这种“不确定性”诠释无法接受 , 因为那将意味着世界也是不确定的 , 不可描述的 , 这与经典物理中的“决定论”背道而驰 。
也因此出现了爱因斯坦与波尔辩论中提出了“上帝不掷骰子”的观点 。
爱因斯坦与波尔的争论持续了几十年 。 目前来看 , “不确定性原理”占据了上风 , 成为主流科学界认可的理论 。
【电子双缝干涉实验,为何让科学家感到恐怖?】不过对量子力学的探索远远没有停止 , 因为正如物理学家费曼所说:没有人真的懂得量子力学 。 人们对量子力学的探索之路还很漫长!
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