总之波与粒子之间存在不可调和的矛盾,由此波派与粒派争论不休,谁也不肯妥协。

18世纪,牛顿凭借其权威身份压制的波动说黯淡无光,直到1836年,英国科学家托马斯.杨发现光通过两条平行的狭小缝隙后,呈现明亮条纹与暗淡条纹相间的斑马线条纹。干涉衍射是波特有的性质,托马斯.杨的实验使波派逆势上扬,自此光到底是波还是粒子,成为物理学界核心议题。

直到1924年,有人如恍然大悟般提出也许粒子在某个时刻像波,而波也可能在某个时刻像粒子,那么光为何不能两者兼而有之呢?简单说就是光具有波粒二象性。

真理确实只有一个,可真理的表现形式也许有千万种,只不过人类始终属于盲人摸象各执一词的阶段罢了。

光到底是粒子,还是波亦或波粒二象性,那么就要利用双缝干涉实验来验证了。

双缝干涉实验

科学家在一张纸板上开两条平行的细缝,用一把光子发射枪发射光子,然后观察光子通过细缝后,投射在探射屏上的光斑形状。

根据科学家推测,如果光是纯粒子,其他方向的光子都被纸板遮挡了,那么通过双缝的光子会直射到探射屏形成两道平行的两道杠。

如果光是纯波,那么光通过双缝后会形成两道波源进行干涉,波峰与波峰叠加形成明亮光条,波峰与波谷则互相抵消形成暗淡光条,投射在探射屏上就形成明暗相间的唯美的斑马条纹。

而如果光是波粒兼有,那么光通过双缝后,会出现两道杠与斑马线混杂状态。

简单说两道杠就是粒派胜出,斑马条纹就是波派胜出,两种状态混杂的四不像代表波粒二象性则属平局。

第一次实验光射枪发出光子通过双缝后,形成标准斑马线,明摆着波派大胜。

可粒派不服气,明明知道光是粒子,为何会出现斑马线呢?那么就一个一个光子发射,再重新做一次实验。

第二次实验,将光射枪调至点射状态,一个光子一个光子发射通过双缝,令人震惊的是当发射光子数量少时,探射屏上只有杂乱无章的光斑,可随着发射光子数量增加,探射屏上竟然出现了明暗相间的斑马线条纹。这怎么可能呢?

如果光真的只有波动性,粒派甘愿认输。可问题是,斑马线是通过双缝的两个波源互相干涉叠加而成。而一个光子不是通过左边缝隙直射,就是通过右边缝隙直射,它又是被谁干涉叠加呢?

难道光子遇到双缝会分裂成两半,同时通过双缝后,自己干涉自己吗?那么一不做二不休,继续做第三个实验弄清光子如何通过双缝。

第三次实验,在探射屏两边分别安装摄像头,同时依旧点射光子。如果那边的摄像头看到光子,就是光子通过那边细缝。结果一边摄像头看到光子,另一边就看不到光子,并没有发现半个光子出现。

那么光子就是粒子,只不过不知其通过双缝后,如何变成了两道波源形成了干涉条纹。也许这就是所谓的波粒二象性吗?

可诡异的事情发生了,探射屏上并没有出现预想的干涉条纹,而是出现了两道简单的杠。

见鬼了吗?全世界的科学家都懵头了。第二次与第三次实验的区别,只是第三次实验加了摄像头观察,难道没有摄像头观察,光就是波,有摄像头观察,光就是粒子吗?光是波还是粒子,难道由观察者是否看一眼决定吗?

于是有些脑洞清奇的聪明人,大胆推测光子是智能极高的外星Al机器人。当光射枪发射光子时,光子已经开始观察,如果发现有摄像头就表现出粒子状态,如果发现没有摄像头,只有屏幕,就表现出波的特性。

如此脑洞大开的推测,不但未遭到大量抨击,甚至科学家还要为此进行第四次实验佐证,可见全世界已经被双缝干涉实验弄晕了头。

灵异恐怖的双缝干涉延迟

实验第四次实验,事先未加摄像头,当科学家预估光子通过双缝时刻,并在其通过后,以迅雷不及掩耳之势加上摄像头,这与1978年惠勒的延迟选择实验类似。

实验结果是无论以多快速度加上摄像头,屏幕上都显示两道杠。反之即便事先有摄像头,哪怕最后一秒撤掉摄像头,屏幕就会出现明暗斑马线。

我们需要注意,光子经过双缝之后才决定是否加摄像头,也就是说光子通过双缝时,就已经确定了将以何种方式出现。那么光子通过双缝时已经定型,可实验却又为何在最后一刻变化呢?

难道光子真有高级智商?一个简单的实验使有关灵异甚或外星人的留言四起,科学家们崩溃般感觉到历经几百年时间构筑的理论体系已瞬间崩塌。

结语

其实托马斯.杨的实验并不恐怖,它是实证波动说的经典实验。而真正令人感觉恐怖反直观的则是属于量子力学范畴的双缝干涉延迟实验:一是光子一个一个打,也会出现干涉;二是只要观测光子通过哪条缝隙,干涉却消失了。这里就牵涉到了量子力学中的两个概念“态叠加”与“测量塌缩”。

简单说双缝干涉延迟实验并不恐怖,只是不易理解,它为我们打开了量子魔法大门。玻尔为此总结出了量子力学三大原理:态叠加原理(在量子世界,一切事物都能处于不同状态,各种可能性并存);测不准原理(叠加态无法精确测量);观察者原理(虽然任何事物都有多种可能性叠加,但我们无法看到一个即黑且白的量子物体,只要我们观察,必然看到一个确定无疑的结果)。

玻尔因完美解释了双缝干涉延迟实验一夜成名,却也四面树敌。按照玻尔说法,光子在观测瞬间,随机蜕变成多种可能性中一种,并将此过程命名为“塌缩”,可是“塌缩”到底经历怎样过程?玻尔自己也无法说清。

由此许多人抨击玻尔理论反直观,其中bug太多,而薛定谔用一只不死不活,又死又活的混沌之猫给了玻尔理论致命一击。

时至今日,虽然人类对量子力学有了进一步认知,量子通信卫星已经上天,可人类对量子世界所知还属皮毛。也许就像爱因斯坦所说:“我思考量子力学的时间百倍于广义相对论,却依旧想不明白。”,量子世界浩渺无边,我们所知渺如微尘,那些我们未知的世界就成了神秘玄学所在。返回搜狐,查看更多