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量子力学的疑问
结果先于意识 , 还是意识先于结果?
以人类常规的思考逻辑来看 , 我们一定会不假思索地回答道是意识存在影响了结果本身 。
可事实真的是这样吗?
如果现在要说所有的结果都是注定选择好的 , 无论我们的意识如何 , 选择怎样 , 最终的结果都已经定好了 , 人们会怎么想呢?
现代物理学中很少有科学实验像双缝实验这样离谱 , 它向物理界传达的一个最直接的信息便是:
光和物质既可以作为波 , 也可以作为离散的粒子 , 这取决于它们是否被观察到 。
尽管如此 , 双缝干涉实验的过程和结果仍是量子力学的一大谜团 。
为了方便理解双缝实验证明了什么 , 我们得从量子力学中去寻找答案 。
1925年 , 维尔纳·海森堡给马克斯·博恩提交了一份论文回顾 , 这份论文展示了如何测量亚原子粒子的属性 , 例如它们的位置、动量和能量 。
博恩表示这可以通过数学矩阵来表达 , 单个粒子有明确的凸形和描述 , 这为后来的量子力学矩阵描述奠定了基础 。
同时期内 , 薛定谔发表了他对量子力学的波动理论 , 在他的理论中 , 粒子的定义可以是波形的方程 。
也就是说 , 粒子其实是波 。
科学家对量子力学的进一步研究产生了“波粒二象性”的概念 , 这也是量子力学的定义特征之一 。
根据此概念 , 亚原子实体可以被描述为波和粒子 , 但这取决于观察者如何测量它们 。
量子力学在普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔等人的工作下 , 当前的科学理论都认为所有粒子都表现出了波动性 , 反之亦然 。
另外波动性的表现不仅在基本粒子方面得到了验证 , 即便是原子甚至分子更大维度的复合粒子上也得到了验证 。
然而在宏观粒子中 , 由于波长太短 , 通常无法通过科学实验来检测波的特性 。
观察者决定量子实体如何显现 , 如果我们试图测量一个粒子的位置 , 那么测量该粒子的位置时 , 它便不再是波 。
但如果去试图定义它的动量 , 人们又会发现它的行为和波一样 。
除了它存在于该波中任何给定的概率外 , 科学家无法确定它的位置 。
本质来看 , 将其作为粒子或波来测量 , 决定了它会以什么形式出现 , 而双缝实验正是证明这种波粒二象性最简单的例子 。
是波还是粒子?
值得一提的是 , 双缝实验远远早于科学家们在20世纪对量子力学的描述 。
自英国科学家托马斯·杨在1801年首次进行实验来 , 这个问题已经困科学家200多年 。
杨的实验让他发现 , 光会像波一样出现 。
如果我们用两个平行的狭缝在墙上照射一束光时 , 假设光束只有一个波长 。
当光线穿过狭缝时 , 每个狭缝都会出现新的光源并在分隔后的另一侧出现 。
来自每个狭缝的光会出现衍射 , 并于来自另一个狭缝的光进行重叠且相互干扰 。
任何波都可以产生干涉图案 , 无论是声波、光波还是穿过水体的波 。
当波峰在波谷发生撞击时 , 它们彼此会抵消 , 这被称作相消干涉 , 并会显示出暗带 。
当波峰撞击波峰时 , 它们则会相互放大 。
这被称作相长干涉 , 并会显示出亮带 。
亮带与暗带的组合便被称为“干涉图案” , 这可以在狭缝对面的墙壁或是屏幕中看到 。
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