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双缝干涉实验背后的幽灵,看量子力学如何解释双缝干涉悖论

凉上菌子  · 简书  ·  · 2019-07-31 07:42

前面我们科普过双缝干涉实验,这个实验证明了光的波动性,我们也讲过爱因斯坦的光电效应,它证明了光的粒子性,由此我们得出了光的波粒二象性特质。可是大家有没有仔细想过,有没有可能我们通过一个实验就能同时测出光的波动性和粒子性。人类是天才的,这个震惊物理世界的实验就这样诞生了,人们称之为双缝干涉悖论。

双缝干涉实验是这样的,有一块板,板上面开两个距离适中的小缝,小缝后面有一个光发射器,缝的另一面是一堵墙,实验环境黑暗。打开光发射器,光通过双缝打在墙上,形成明暗相间的条纹。

本以为双缝干涉就是一个这么简单的证明光的波动性的基础实验,可是在1979年的爱因斯坦纪念大会上,这个实验稍作变化,结果却震惊了整个物理学世界。

在这次大会上,有人提出,双缝干涉实验中,光在通过双缝后,在不干涉任何实验条件的情况下,如果用录像机观察屏幕上这些明暗相间的条纹,你会震惊的发现,条纹在这个时候如幽灵一般消失了。这个实验现象一点也不像科学,就好像有个真正的幽灵在拨弄着我们的世界。从实验本身分析,感觉就像是后面的操作影响了前面的事件,结果影响了原因,这完全违反了因果定律,时间就好像倒流了,但真的是这样吗?

当然不是这样的,这世上没有幽灵,时间也并没有倒流,这需要用量子力学的原理来解释。量子力学告诉我们,粒子可以以不同的概率同时处于不同的状态下,薛定谔的猫讲的就是这个道理。

光可以同时处在既是波又是粒子的状态,但具体有多少概率是波,多少概率是粒子取决于你的测量方法。当你用双缝干涉实验测量时,粒子状态全部坍缩为波状态,波状态的概率就变为百分之百,粒子状态的概率就变为0,这就得到了光的波动性,就有了明暗相间的干涉条纹。而当你用录像机观察时,光的波状态就坍缩为粒子状态,波状态的概率就变为0,粒子状态的概率就变为百分之百,这就得到了光的粒子性,明暗相间的条纹就消失了。

在量子力学的世界里,测量方式的改变会改变粒子的状态,或者换句话说就是观测者会改变粒子的状态。所以双份干涉悖论怎么解释呢?就是光先经过双缝,这是一个波的测量,所以有了明暗条纹,但后来用录像机观测,这是个粒子的测量,所以光又变成了粒子。光的状态不是一成不变的,它会根据测量方式的变化而变化。

不知道大家看懂了没有,没看懂的可以多看两遍,琢磨一下。推荐大家去看一本科幻小说,那就是刘慈欣的《球状闪电》,书里面对量子状态的描述十分通俗易懂,这本书号称是《三体》前传,但在小编看来,剧情并没有半点联系,看完这本小说,再加上小编这篇文章,相信你对量子力学的基础理解会十分深刻的。今天就到这里,不管喜不喜欢,能引起你的思考就是好的,求一个关注。




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