有人说双缝干涉延迟实验的结果让人恐惧,你怎么看?

人的观察能够影响结果,也是醉了。双缝干涉实验,其实就是科学家们用来证明光有波动性的一个实验。微观粒子的形态取决于人的观察,被观察的时候呈现出粒子的状态,不被观察时呈现波的状态。
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  • 2023-08-07
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网友「AUDIO文 」发表观点
2019-12-07

如果说宇宙不是完美的,它有BUG(漏洞),你信么?双缝干涉实验似乎一步步地发现了这个宇宙“漏洞"

双缝干涉实验是什么?

当我们在水中丢下一块石头,那么水面就会产生波纹,如果同时丢下两块石头,两个水波之间就能够出现交叉的干涉条纹。这就是波能够互相干涉的特征。

双缝干涉实验既在一个光源前放置一个开了两条缝隙的不透明挡板,挡板后面再放置一个能够观测到的背景。当我们打开光源,会看到背景上出现明暗相间的条纹,这就是简单的双缝干涉实验。这个实验证明了光是一种波!因为光在穿过两条缝隙后产生只有波特有的干涉,相反的波被抵消,相向的波被增强,导致背景上明暗相间的条纹。(日常生活中主动降噪耳机就是利用了这个原理,用相反的声波抵消了噪音)

下面我们把实验升级一下,光源变得非常小,背景换成高灵敏高分辨的底片。打开光源后,一开始我们看到了无数随机分布的小点,随后这些小点越来越多最终形成明暗相间的条纹!实验升级后证明光是一种粒子并且还具备波的特征,也就是光的波粒二象性!

双缝干涉延迟实验

虽然双缝干涉实验已经让人赞不绝口,不过科学家们还是在这个实验上再次升级。将光源变成一次发射一粒的电子!电子要通过这块挡板只能随机通过两条缝隙。

我们知道,要干涉就必须有对象,没有对象怎么被干涉?然而这一次实验结果出事了,即便单个电子在随机穿过两条缝隙后依然在最后形成了干涉条纹。

这个结果震惊了科学界!为什么单个电子能够自我干涉?难道他还有一个分身?更诡异的是当我们观察电子是通过哪一条缝隙时,干涉条纹消失了。当取消观察时,干涉条纹又神奇的出现了!冥冥中仿佛有一双眼睛窥视着我们,只能让我们看到电子穿越缝隙的路径(粒子特征)或者电子的干涉条纹(波特征)其中之一!

双缝干涉之延迟选择量子擦除

看到这里,你也许认为上面的实验会有很多未知的漏洞,我们观察电子时已经打扰了电子的正常运动导致电子属性改变,只是我们没有办法找出这个因素。接下来科学家用更加复杂精密的方法来做双缝实验。将一个光子分离成一对纠缠的光子A和B(纠缠的量子能够无视距离影响对方)

AB分别做双缝干涉实验(互不影响的环境),而B距离感应屏比A远,这样A会比B要先到达感应屏。当我们在B实验中放置相机观测到B通过双缝的路径时,A实验的干涉图像消失,显然,纠缠的两个光子是互相影响了,B得不到的波属性A也得不到。接下来,我们通过技术手段把B获得的路径信息擦除,然后A和B都出现了干涉条纹。这里就出现了两个个非常诡异的现象。测量到光子的路径信息只是"泄露”,没有主管观意识去查看,干涉条纹会消失!把这个路径信息擦除掉,干涉条纹又会出现!

更诡异的是,实验中我们设定从B获得路径信息时,A早就已经到达了感应屏形成了图像!这时候擦除B的路径信息,A感应屏已经"拍好照"的图像会鬼魅般地变成干涉条纹!

让人难以理解的“宇宙程序”

很多人一开始认为,观察光子路径就是人类意识干预了实验。不过我们从最后一个实验得知,在延迟选择实验中,测量到的路径信息,你看与不看,宇宙程序它已经认定了你泄露了天机!光子波动属性就被隐藏了!我们得不到干涉图像。如果我们把这个泄露的天机抹除掉,宇宙程序马上修复了光子的波动性,让我们得到了干涉图像。没想到的是,我们人类在实验室上利用量子纠缠钻了个空子,让图像形成之后再得到路径信息。接着我们再去选择是泄露还是擦除,宇宙程序任然按照原来的指令执行了。让已经形成的图像变了回去(曾经不干涉的光子,在曾经又干涉了。这话很绕)?这是不是意味着我们找到了一个宇宙程序的BUG,用现在的决定,改变了过去!还是另有其他原因?我们生存的宇宙,这个看不到边无比真实的世界,难道是一个设定好的“程序”?或者说宇宙这个看似无比完美运行的世界其实还有一些漏洞。如果人类将来利用这些漏洞未来的世界会发展成什么样子?

网友「趣谈科学 」发表观点
2020-10-17

很多人听过双缝干涉实验后会认为“玄之又玄”,于是有了“遇事不决量子力学”。实际上,量子力学是人类了解宇宙底层逻辑的敲门砖,而双缝干涉实验则是量子力学核心的显现,下面我聊聊双缝干涉实验到底多“诡异”,它揭示了宇宙哪些核心?

薛定谔的猫、上帝掷骰子、平行宇宙哪来的?

由于量子太过抽象,因此我们把量子现象过渡薛定谔的猫,再回到双缝干涉实验就容易理解了。这是薛定谔给我们理解量子力学的好例子。

话说啊,有个封闭的盒子里面装一只猫,然后一个量子装置连着毒药瓶,猫的生死取决于量子性质,如果量子发生衰变猫死,反之则没事。换句话说,猫的生死间接表现了量子的性质。实验的问题是猫最后是死的,还是活的?

各路大佬都说出了自己的看法,主流看法有三个:

哥本哈根学派,波尔:这是只量子猫,它在盒子里的概率是100%的可能性是活的,同时100%可能性是死的,两种状态同时存在,叠加在一起,当你打开盒子一瞬间,猫的生死才会表现出来,生死的结果是随机的。

爱因斯坦、薛定谔:猫50%是死的,50%是活的,我们打开盒子之前它就已经死了,或者还活着,我们打开盒子看到的是结果,而不是诱发结果。

爱因斯坦:波尔,按你的意思是打开盒子时,上帝发现有人要来看结果了,赶紧摇号决定了猫的生死?

波尔:你别管上帝能干什么!

休·埃弗雷特:安静安静,我还没说呢!首先波尔的叠加态我是认同的,但是100%+100%=200%,打开盒子前与打开盒子后应该守恒才对,因此我认为如果打开盒子时猫死了,那么活着的猫应该存在于另外一个世界中——平行宇宙。

爱因斯坦、薛定谔、波尔:你厉害, 我们竟然不知道如何证明你说的是错的!

故事先到这里,看得懂看不懂没关系,先说结果:波尔是对的!而平行宇宙证明不了,最多算假说。在这个故事中有几点很重要:

1.猫即死又活的状态——叠加态

2.打开盒子意味着观测,观测会让叠加态随机坍缩为单一状态。(上帝摇号!)

3.前两点,打开前与打开后,还隐含了波粒二象性。(下面再说)

光到底是什么?——双缝干涉的“诡异”

接下来我们看双缝干涉,这事要先从牛顿说起,源于一个看似简单,然而谁都答不上来的问题——光是什么东西?

图:牛顿三棱镜实验

牛顿作为当代学霸,为光学做出了不少贡献,比如阳光是由多种光混合而成的三棱镜实验就是他搞出来的。他认为光又能反射,还折射,运动轨迹会改变,就像乒乓球扔墙上会反弹回来,因此它最小的单位应该是粒子。

十九世纪,托马斯·杨反击牛顿,他只干了一件事,让一束光通过了两条小缝,后面有块感应屏。“按照牛顿的说法”这个实验的结果应该是两条条纹,如下面:

实际上却出现了下面的结果:

于是老杨说光就像下面的水波一样,其实波:

通过缝隙的光波变成了两个波,两个波接触干涉,出现和水一样的现象,于是在屏幕上显示出干涉条纹。

这就是双缝干涉实验,但是诡异的事情是量子力学的双缝干涉实验。

好景不长,随着黑体辐射实验,普朗克发现光能量是一份一份不连续的,爱因斯坦发现光电效应,即光与原子作用时是以粒子的形式交换能量的。于是大家重新审视双缝实验,对它进行升级。

既然光是一粒一粒的,那么我们把光子一粒粒通过双缝会发生什么?(实际实验用的是电子,道理是一样的)

大佬们很快地照着两条缝像机关枪一样发射一梭子电子,显示屏上随机出现大量的粒子,但站远点看这些粒子同样组成了干涉条纹。既然是粒子,为何会发生干涉?

于是有人认为一大堆电子在一起挤来挤去的所以发生了干涉,有点像儿童乐园里的海洋球,当你跳进去,海洋球虽然是一粒一粒的,但是会像波一样往向外扩散,于是就有了虽然是粒子但同样会发生干涉。但真的只是这样吗?

图:实验结果

科学家再次做了实验,改成了“手枪式”发射,“啪”打一发电子,电子到达了感应屏,再打下一发,杜绝了两个电子在运动时发生干涉。然而科学家懵了,快点打和慢点打,结果是一样的,屏幕还是出现了波动性,才会出现的干涉条纹,而不是两条条纹!也就是说单个电子发生了干涉,那么它和谁干涉呢?就两个缝,它只能选一个穿过,另一个缝没有电子出来,上哪干涉去?

为了解决了问题,大佬们就在实验中安上了光电探测器“去看它”,看看电子是如何完成干涉的!结果发现电子老老实实的在感应屏上形成了两条条纹。大家:上帝,告诉我发生了什么!

上面的故事已经给了答案:波粒二象性

先按不靠谱的平行宇宙理论来解释:你不看时,电子即从A缝过去,又从B缝过去,然后发生了干涉,你可以理解为量子出现了一个分身。如果你去看它,宇宙就分裂了,如果电子从A缝进入,那么平行宇宙中的电子就从B进入,是我们去探测引起了宇宙的分裂,导致处于两个宇宙中的电子(分身)无法形成干涉。

波尔的解释:前半段和平行宇宙一样,电子处于叠加态,这是一个波的状态,但当你去看它,就随机坍缩成了粒子态。

爱因斯坦:无法解释!肯定有什么我们还没弄清楚的,反正上帝是不会摇号的。

图:我们印象中电子在原子中是这样的

图:实际上它是这样的,因此也叫电子云,具有概率性、波动性。

到目前的科学研究成果来看,波尔是对的。量子具有波粒二象性,这是量子力学的核心。一个电子同时具有波与粒子的性质。

当它没有坍缩成粒子时,虽然也是以单个粒子发射,但波的性质也在发挥着作用,当你发单个电子就类似于发射出水波,你发射了一堆电子,其实就是在发射一堆波,这些波都会按着干涉后的结果显示在感应屏上。当你探测电子,它坍缩成单独的粒子性质,所以一堆电子打出去,没有发生干涉,只出现两条条纹。

如果不理解量子的性质就会觉得,我不看出现干涉条纹,我看了却不干涉了,似乎有点“恐怖”,理解了就理所当然了,量子力学是目前人类发现的宇宙最底层的逻辑,它可以解释宇宙起源,大到宇宙的构成,小到组成宇宙最小结构的粒子的形成。

网友「麦克斯韦的科学 」发表观点
2020-12-15

其实双缝干涉实验本身并不恐怖,恐怖的是随着实验的一步步推进,人类得出了一些非常规的,违背了人类常识的结果。微观的世界真的非常复杂,复杂到世界上最聪明的脑袋都想不明白这到底是怎么回事。

光波动性

我们现在知道光其实就是波,一种电磁波,但是在很早的时候科学家认为其实光是一种粒子。

波有一个特性,就是当两列相干波相遇叠加的时候,叠加区域的某些点的震动就增强了,有的区域就减弱了,这就导致干涉区域内震动的强度产生了空间分布。

如果你感到难以理解,没有关系,继续往下看。

为了证明光的干涉,即光是波,物理学家托马斯杨进行了干涉实验。假如我们将一根蜡烛放在一个小孔面前,那么照亮过去的时候会形成一个点的光源。但是如果在小孔后的一张纸张开两道平行的狭缝会发生什么事呢?

光透过小孔照射到后面的具有两条细缝的纸张上,投射到幕布上,会形成一些明暗交替的条纹。至此,光的波动学开始取代粒子学说。这个实验也成为了物理界最为著名的实验之一。

光的波粒二象性

但是光的波动性还有很多问题不能解决,爱因斯坦、普朗克等著名的科学家又将光的粒子特性搬上了历史的舞台,认为光具有波粒二象性,也就是说光既能够像波一样传播,又能表现出粒子的特性。

基本的干涉实验表现出光之间会产生干涉条纹,但是如果我们把光换成一个个电子会发生什么事情呢?此时我们可以把电子想象成一个玻璃球,按理来说,当电子要选择进入双缝中其中一边的时候,它应该做出了选择,所以实验的最后应该得出的是双缝。

但是实验的结果并不是这样的,使用电子进行的实验同样发现了电子自我干涉的痕迹。也就是说当一个电子要进入一个缝的时候它一分为二,然后与自己干涉,形成了干涉的纹路。

这个现象就让人非常地费解了。我们很难想象为什么一个电子在进入到双缝实验之前会将自己一分为二,还会产生干涉呢?

然后诡异的事情就发生了。

科学家很想知道电子在双缝选择的时候到底做了什么,然后就加了一个监控器,来对它们的行为进行观测。可怕的是,这些电子的行为和之前完全不一样,相互干涉的痕迹一点都找不到。

也就是说,当加入了一个观察者之后,电子间的干涉消失了,实验得出的最后结果是双缝。也就是说,当加入观察者之后电子表现出的行为才是人们理想的行为,但是在没有观测的时候它并不是这样子的。

为什么这小家伙还有两副面孔呢!

本来一个好好的实验,在科学家的不懈努力之下真的是让人细思恐极。为什么微观的粒子在人的观察下会展现出完全不同的行为?我们很难说粒子是有意识的,但是这究竟是为什么呢?

当然了,别说是我们了,就连科学家们都想破了脑袋也解释不了。所以,很多事物看起来很简单,但是其实它比我们想象中复杂得多。一些看似谬误的,却可能是真理。只能说,人类永远在突破自己认知的极限,今日的真理很可能就是明日的谬误。

这实验看得我怀疑人生。

小结:

如果一束光透过一个小孔,毫无疑问,光会从点放射出去投射在幕布上;如果有两个小孔,光波会相互干涉出现波纹。但是如果把小孔换成细缝,把光换成电子,会发生什么呢?如果我们把电子想象成玻璃小球的话,那么小球通过缝投射到幕布上应该也是两条缝的形状,但是电子和波一样,产生了干涉行为,也就是电子将自己一分为二进入两个缝中相互干涉,这本来就已经很难理解了。然后,当加入一个观察者时,电子竟然就不干涉了,结果就是两条缝。人傻了。

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网友「想法捕手 」发表观点
2019-09-27

因为双缝干涉实验揭示了,量子力学描述的自然从常识看是荒唐的,但却完全符合实验。这对人类认知世界,带来了颠覆性的冲击。就像费曼所说,可能自然本来就是荒唐的。

关于双缝干涉实验的具体操作这里就不解释了,之前有过详细的回答,这里主要简述一下实验的发展,以及量子力学对双缝干涉实验的两大主流解释。

双缝干涉实验发展简述

1807年,托马斯•杨发表了关于光的波动性论文,并给出了他1801年关于光实验的验证报告,这个实验就是大名鼎鼎的杨式双缝干涉。这个简单的实验让人直观感受到了光的波动特性。

随后,徳布罗意提出了物质波的概念,再次震惊世界,物质也是波?

20世纪20年代,戴维逊和革末通过研究电子束如何从镍晶体反射回来,发现了电子的干涉现象,证实了电子也是波,其实这里的镍晶体就充当了双缝的作用。

后来1961年,蒂宾根大学的物理学家克劳斯·约恩松以电子取代光进行了单电子双缝干涉实验,一样发现了干涉图样。

1974年,一个叫梅里的人又进行了单电子双缝干涉实验,为了搞懂电子到底是怎么通过的,就在双缝后面加了高灵敏的摄像头观察电子的运动,结果却更令人诧异了,一旦开摄像头观察电子,电子就不干涉了,一旦不观察电子,电子又开始干涉。

这就是大多数人觉得这是实验恐怖的原因所在,电子具有意识吗?它怎么知道我们在观察?带着这样的疑惑,不妨来看看正统量子物理学家们的解释。

薛定谔的波函数

为了解释单电子到底是通过的哪一条缝?大家只能接受薛定谔波函数所赋予每个通过电子的概率诠释。电子的概率波就像我们熟悉的水波一样,通过两条缝,然后干涉、叠加,在概率波叠加增强的地方,即电子最可能出现的地方形成明条纹,在概率波相消的地方留下暗条纹,成为最终的干涉图像。

但为什么会是概率?概率的物理意义是什么?电子到底是如何选择它的未来?没人知道,就像虽然几乎每个物理学家都知道怎么用量子理论来做精确的预言,但什么是量子力学却没人知道,没人能给出一个图景。

而费曼打破了这一现状,但他给出的量子图景,也彻底击碎了传统的常识。

费曼的图景

理查德·费曼有人说他是继爱因斯坦后,最伟大的物理学家。它发明了很多更简单直观理解物理学现象的方法。费曼的方法总是与众不同,传统观念的我们总是认为电子要么经过左边,要么经过右边,这是大家认为的事物运动的基本特征,但费曼认为这只是宏观世界中,我们理解的事物基本特征而已。

费曼认为,每个到达最后投影屏的电子实际上都是穿过了两条缝,而更准确地说,费曼认为实际上电子是同时经过了可能到达目的地的所有路径,电子甚至可以去遥远的仙女座绕个圈再通过缝隙到达投影屏,听起来很疯狂吧。

为了证明他的构思,费曼可以为电子的每条路径赋予一个数,而这些数的联合平均与波函数的计算结果完全一样。在费曼的图景中,不需要为电子定义一个额外的概率,但我们又需要去理解另一个奇怪概念,即电子达到目的地的几率由一个所有可能路径的联合效应来决定,这就是费曼的“路径求和”方法即他的路径积分理论。

对量子来说,费曼的路径法则说明,所有的不同路劲都可以影响量子的运动。就像双缝干涉实验里,通过双缝所有可能的路径在我们看不见的情况相互干涉,产生了我们所能看见的干涉图像。我们不能判断电子到底走那条路,因为事实是,电子从两条缝通过。

这就是微观世界的法则,“我即空间,空间即我”。

总结

虽然微观世界显得不可理喻,但在宏观的尺度下,事物最终还是会回到我们所熟悉的普通状态。就像费曼的“路径求和”的解释一样,当量子们不断累积为宏观物质时,它们能走的所有路径将在求和时彼此抵消,最终只能留下一条宏观现实下的路径,就是我们熟悉的牛顿定律下的轨道。

就好像世界的底层逻辑是荒谬的,只有当这些荒谬的个体错综复杂地交织在一起,才能抵消彼此的荒谬。这似乎意味着世界根本没有一条底层的绝对真理,但却有一套消除不稳定、不和谐的自洽方法,所有的物理规则都只是建立在这套方法之后的最终自洽结果而已。

网友「科学重口味 」发表观点
2019-02-23

双缝干涉实验,其实就是科学家们用来证明光有波动性的一个实验。

就这么一个简简单单的光学实验,又不是搞核试验,有啥好恐怖的?

但它的确是恐怖的,可以颠覆了科学家们的三观!为什么这么说呢?

先来解释下什么是双缝干涉实验。简单来说,光就像水波一样,如下图,当光线通过两道缝隙后,就会在后面的背板上产生亮暗相间的干涉条纹。

具体的原因如下图:跟所有波一样,当光波波峰与波谷抵消,波峰与波峰,产生了干涉图样。所以,光有波的属性。

后来,有科学家突发奇想,我如果把光子一个个发射出去,而不是一次性全撒出去,因为这样光子间就不会再互相影响,从而就不会产生图一的干涉图样呢?

但是,试验很快打了他的脸,即便一个一个的发射,干涉图样还是出现了,就好像一个光子可以同时穿过两条缝隙,进而自己对自己产生干涉一样。

诡异!一时间,没有人能解释这一不可思议现象?

但更恐怖的还在后面。

后来有个叫梅里的科学家们说,你们呀,图样图森破,装个摄像机,记录下粒子的运动轨迹不就行了。

但就因为加了个摄像机,更加可怕的事情发生了。

当他试图用摄像机去观察粒子的运动轨迹时,这些粒子一个个的就像有智慧一样,仿佛知道有人在看它们的表演,于是它们立刻停止表演,墙上的干涉条纹消失了。

梅里有点不敢相信,这尼玛不是扯吗?我竟然被小小的粒子耍了。他一开始是拒绝相信的,但是经过无数次的验证,他最终服了。

梅里向学界公开了这一让人“毛骨悚然”的新发现:粒子的行为竟然是由人的意识所决定的。

到如今,仍然没有人能给出板上钉钉的解释,这也让这一实验登顶“二十一世纪初科学界评选的令人头皮发炸的十大实验”之首。

在小说《三体》中,三体人用一颗小小的智子就封锁了地球人的科技,梅里的实验不禁让人想起了小说里的科幻桥段。

微观世界里,藏着颠覆所有人三观的秘密!

好玩又有趣的科普知识,欢迎关注本姑娘!

网友「嘟嘟读读 」发表观点
2019-03-09

埃隆马斯克有次说:人类世界真实存在的几率只有十亿亿分之一,更大的概率是我们只是某种高等生物模拟出来生存在计算机里的产物。其思想来源就是当年的双缝干涉实验。

科学希望用科学的方法证明科学是存在的,但是双缝干涉实验的结果似乎让科学的底线颠覆了,甚至某种程度上证明了神话宗教是正确的。双缝干涉实验是20世界令人头皮发麻的十大实验的第一名,其恐怖程度如果普及足以颠覆整个人类社会的认知——我们所处的世界是真实的吗,难道真的是黑客帝国里一样的虚拟世界吗?

只需要有高中物理知识,就能立刻看懂这个实验。

双缝实验是20世界为了证明光是波还是粒子的一个实验,叫托马斯杨双缝干涉实验。虽然爱因斯坦提出了光具有波粒二象性。在实验的时候,让光子/电子穿过两条缝隙,在屏幕上投射出来落点(荧光点);不论是一束电子还是把电子一个一个的投射出来,实验结果都是如下图所示:

粒子像波一样也出现了干涉,他弄了一台摄像机放在旁边,来观察电子怎么通过这两条缝的时候,惊人的一幕出现了:双峰干涉条纹消失了,电子穿过两条缝,在屏幕上投射出来的是两个亮条纹。

也就是说,人的观察影响了实验结果。就好比说,生孩子的时候,你不看是男孩,因为你看了一眼生了一个女儿。

这个实验结果,彻底震惊了当时的科学界。这就是量子世界里的神奇特性——在观察的那一刻,结果坍塌出来了,薛定谔的猫死了或者活了,而在没有观察的时候这个结果是不确定的。

像不像我们游戏里的设定,杀了刘备,关羽张飞立刻激活,自动把你作为仇敌,这就是游戏规则的设定。

网友「岁月静好一世晴天 」发表观点
2020-12-02

双缝干涉实验顾名思义就是光通过两条平行的狭小缝隙后,投射在屏幕上的状态,看似简单无奇,可实验结果却像玄学的灵异事件令人惊悚莫名。

其实双缝干涉实验历史悠久,皆源于光的波动说与粒子说的百年争斗。光到底是粒子还是波?这曾是物理学界争论不休的话题。

所谓粒子,简单说就像一个个光滑的玻璃珠子。每当我们打开手电筒,无数光子就像子弹笔直的射向远方。

诸如牛顿、普朗克等许多著名科学家,都凭借权威实验确凿无疑证明光是粒子。

而所谓的波,简单说就像瓦片掷入水中产生的水波纹一样。如果把光看成波,那么衍射、偏振等光学现象就能完美解释了。

诸如惠斯顿、赫兹等许多著名科学家,也通过权威实验确凿无疑的证实光是波。

可是粒子与波是截然不同的东西。粒子可以分割成一个个最小单位,单个粒子不可再分,而波则是连续的能量分布。粒子皆是直线前行,而波则是同时向四方发射。粒子可以静止在某个固定位置,而波则必须呈动态在空间运动。

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。

网友「艾伯史密斯 」发表观点
2018-09-10

答:不否认,量子延迟选择实验的结果,确实让人觉得不可思议;但这仅限于正统量子力学下的解释,可是目前,我们除了接受正统解释之外,别无他法。

基础知识:双缝干涉实验

延迟选择实验被解读为“未来改变现在”,也就是“因果关系”被颠倒,至于这个理解对不对,或许不同的人有不一样的见解,就让我们来深入看看,这个实验中究竟是如何颠倒因果的吧!

量子双缝干涉实验,已经颠覆了我们的世界观,量子力学的正统解释(即哥本哈根诠释)为粒子同时穿过了两条缝,然后在屏幕上进行自我干涉。这是波动学说的解释,当然你也可以从粒子学说的角度,用不确定性原理来解释。

之所以先谈双缝干涉实验,是因为双缝实验中,包含了量子力学的精髓,如果你没有接受和理解双缝实验,那么对于量子延迟选择实验,是不可能看懂的。

量子延迟选择实验

在1979年,普林斯顿大学纪念爱因斯坦诞辰100周年,物理学家约翰·惠勒在会议上首次提出“量子延迟选择实验”,震惊了科学界。

延迟选择实验,本质上是双缝实验的延伸,但是得到的结论,却让科学家为难了。

实验是这样的:

(1)利用半镀银的反射镜(反射50%的光线和透过50%的光线)来代替双缝,如上图所示,光子有50%的概率透过反射镜或者被反射,这个概率完全取决于量子随机;

(2)然后我们在两条路径上均放置一块全反射镜,再汇集到一起,进行光子检测;

(3)我们可以精确安排光子的波长和相位,还有路径的光程,使得透过和反射的光,在检测屏处进行干涉,从而使得光只在一个方向进行输出,比如只在右边屏幕进行输出;

以上准备并无特别之处,用波动光学就可以进行解释,实验过程也很容易实现。

但是!!!我们来讨论,光子枪发射单个光子时,问题就变得复杂啦!

经典力学诠释:

单个光子是独立的个体,经过半透镜时,要么被反射,要么透过,这是一个随机过程;对于单个光子来说,要么走了路径1,要么走了路径2;如果我们持续地发射“单个光子”,那么右边屏幕和下方屏幕均会出现一个光斑,这是半透镜把光子平均分成了两路的缘故。

量子力学的解释:

量子力学的哥本哈根诠释认为,单个光子经过半透镜时,量子随机必定造成光子在两条路径上进行叠加,然后在终点进行干涉,也就是说单个光子必定同时走了两条路径;如果持续地发射单个光子,最后也会在右边形成干涉图样,下方不会检测到光子。

改进实验

到这里,我们已经看到经典力学和量子力学的不同了,但本质上还是双缝干涉实验,接下来才正式进入延迟选择实验:

继续改进实验,我们不是难以确定光子到底走了哪条路径嘛?

那好,我们在两条路径(全反射镜之后)中,各放入一个光子检测器,那么请问:这时候光子还会发生干涉吗?我们会检测到光子的两个分身吗?

深刻理解量子力学的人,马上可以下结论,一旦我们进行检测,光子的波函数就会坍缩,干涉肯定会消失,又会变成经典力学的情况。

没错,这里和双缝干涉实验本质上还是一样的,实验结果符合量子力学预言。

接下来,才是延迟选择实验的精髓:

继续我们的实验,我现在等光子已经走过半透镜后,也就是说光子已经选择了走哪条路后,我们再选择是否放入光子检测器(弄得好像我们在和光子捉迷藏似的),那么会出现什么情况呢?

现在的情况,就不好说了,之前量子力学的杀手锏——波函数坍塌,好像解释起来也很牵强。自从物理学家约翰·惠勒提出延迟选择试验后,科学界引起了一阵热议,都在期待着实验结果。

5年后,科学家首次完成了延迟选择实验,实验结果表明,我们放置检测器的时间,并不影响实验结果,也就是说:就算你在光子作出选择后,再放置检测器,都会导致波函数的塌缩,和干涉图样的消失。

我们来理清思路:

(1)不放置检测器:光子同时走了两条路线;

(2)光子走过半透镜前放置检测器:光子坍缩成经典力学的情况;

(3)光子选择路径之后再放置检测器:此时光子已经开始同时走两条路径了,然后再塌缩成经典力学的情况;

其中的因果关系:光子选择走一条路径,还是同时走两条路径,居然可以在已经做了选择之后,再由我们是否放置探测器来决定,这明显是违背前因后果关系的。

更致命的是,延迟选择实验并没有限制其中的时间差,比如我们可以利用天文学上的引力透镜效应,做成一个跨天纪的延迟选择实验,使得我们现在的行为,去决定遥远光子在数亿年前的选择,至少理论上是可行的,这想起来真是不可思议。

以上,就是延迟选择实验的通俗解释,从某种角度来说,延迟选择实验似乎违背了“前因后果率”,可我们现在除了接受正统量子力学诠释外,的确没有更好的解释!

根据宇宙大爆炸学说,在138亿年前,我们宇宙的一切都是聚集到一起的,或许其中的某些联系,一直关联到现在,无论我们相距多远,至少我们曾经是一个整体。

又或许正是这种联系,使得大爆炸初的状态,决定了我们现在的一切……打住!打住!!

这个有点决定论的味道,当然这只是一个脑洞大开的想法而已,不能当真。那么你是怎么看待延迟选择实验的呢?

好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

网友「太空科学站 」发表观点
2019-02-03

相对论和量子论是现代物理学的基础,但这两个跨时代的理论早在上世纪初就构建完毕了

20世纪初,物理学界对于光的波动学说和粒子学说已经争论了几百年了,爱因斯坦联合普朗克一起提出了光量子学说,认为光在传播过程中呈现波的形态,与物质相互作用时呈现粒子的形态,这种被称为“波粒二象性”的解释得到了物理学界的一致认同。

后来科学家们利用杨氏双缝实验,在点光源后面放一张拥有两条狭缝的纸,这时候点光源的光穿过狭缝就会变成一串明暗交替的条纹,这便是证明光量子学说的干涉条纹。

在证明光拥有波粒二象性之后科学家利用电子也进行了双缝实验,发现电子等微观粒子同样具有波粒二象性,再后来随着技术的进步,科学家们开始用仪器发射单个电子来进行双缝干涉实验,这时候发生了第一件怪事:

单电子双缝实验的结果竟然和之前的电子双缝干涉实验结果完全相同

之前的电子双缝干涉可以产生明暗交替的条纹,单个电子竟然也能产生干涉条纹,但仪器明明就只发出了一个电子,它能和谁干涉呢?这个结果就像是一个足球同时进了两个球门一样匪夷所思,科学家们下定决心要揭开单个电子干涉条纹的秘密,于是就有了更加匪夷所思甚至恐怖的“双缝干涉延迟实验”

延迟实验的精髓就在于记录电子在穿过双缝后的样子,由于只有单个电子,所以它穿越任何一条缝隙都能被直接看到,因此屏幕上的波态干涉条纹消失了,取而代之的是粒子态的痕迹,而一旦把记录电子轨迹的机器关闭,那么明暗条纹就会马上出现,一旦开启机器明暗条纹就会马上消失。

双缝干涉延迟实验表明:微观粒子的形态取决于人的观察,被观察的时候呈现出粒子的状态,不被观察时呈现波的状态,微观粒子就像有“生命”一样可以感觉到人类的存在,因此双缝干涉延迟实验才让很多人感到恐惧

网友「减水书生 」发表观点
2021-01-31

如果要结论,那就是:现在的选择可以改变过去、当下的选择能够决定历史。

这个推理过程,有些烧脑。但这毕竟是几十年前或上百年前的理论。所以,现代人理解起来应该没啥问题。如果还是理解不了,那只能说小编讲得不够清晰。

必须要理解的一个问题是:光是一种波,还是一种粒子?

杨氏双缝实验,证明光就是一种波

先是,麦克斯韦用方程解出了电磁波;再是,大家发现电磁波的速度与光的速度一样;于是,合理推测:光就是一种电磁波。所以,光是一种波。

理论上没问题。但理论需要试验来验证。物理不是数学,总有不讲理的地方。一个牛人跑得跟兔子一样快,那你能说他就是一种兔子吗?所以,证明牛人是不是兔子,还需要试验,起码你得证明他有四条腿、还有短尾巴。

1803年的时候,英国人托马斯•杨做了著名的双缝实验。当时的实验工具非常粗糙。光源是一个点燃的蜡烛,蜡烛后面是一块遮挡板,遮挡板后面是一个屏幕。在遮挡板上开了两个缝隙,蜡烛的光只能透过这两个缝隙,才能打到后面的屏幕上。

于是,神奇的一幕发生了。屏幕上形成了明暗相间、循环有序的条纹。这说明什么?这说明光是以波的形式通过两条缝隙的,然后两组光波在屏幕上形成干涉。波峰与波峰相遇则正好叠加、波峰与波谷相遇则正好抵消。

所以,光是一种波,像水波一样。

普朗克到爱因斯坦,证明光是一种粒子

黑体辐射中的黑体,就是它不反射光,只发出自己的光。像太阳、烧红的老铁、黑暗中的人体,都可以近似为黑体。黑体发出的光,全是因为它的热量,也就是一种热辐射。

但是,问题出现了。在给定温度下,黑体发出去的光,它的频率形成了一条谁也无法解释的曲线。

你把光当成一种电磁波,然后用统计力学进行计算,却死活解不出黑体发光的方程来。

于是,普朗克出手,他只看曲线、只用数学,硬是凑出了一个方程。但是,要满足这个方程,需要一个前提条件,那就是:黑体发出去的光,必须是一份一份的。简单说,就是黑体辐射出来的光,不是像波一样,是连续的,而是像子弹一样,射出来的。

所以,黑体辐射的解释就是:黑体辐射出来的光,是一份一份的。

同时,物理学家又发现了一个奇怪的现象:一束光打在金属板上的时候,金属板就会向外发射出电子。解释起来很简单,光是一种电磁波,电磁波是有能量的,电磁波的能量推动电子,电子就被打了出去。但问题是电子怎么跑,与光的强度没关系,只跟光的颜色有关系。用物理量来说,就是跟光的频率有关系。高频率的绿光和蓝光,无论强度多弱,电子都会被打出去;低频率的红光,无论强度多强,电子都不会被打出去。

光是一种电磁波,电磁波的能量只跟光的强度有关系,跟频率没啥关系。所以,应该是强度越高、能量越高,然后电子就被打出去越多。但是,电子能不能被打出去,跟光波的强度却没啥关系,只跟光的频率有关系。所以,电磁波解释不了这个问题。

而接下来,就是爱因斯坦出手了。

爱因斯坦认为非但黑体辐射发出来的光是一份一份的,只要是光,它就是一份一份的。光不是连续的一片波,而是由一个一个的光子组成的。每个光子的能量,是它的频率乘以普朗克常数。所以,频率越高,能量就越高。至于光波的强度,不重要的。重要的是光的频率,频率足够、光子的能量才够,自然可以把电子打出去。从中可以推理出来:光是粒子的,像子弹一样。

光到底是什么:波粒二象性

接下里肯定要问:光到底是波动的还是粒子的。你可以认为:光子形成的光,是波动的,就像水分子聚合成的水一样:而单个光子,是粒子的,就像射出去的子弹一样。

但是,后来把杨氏双缝实验精确到单个电子的程度,它却仍旧表现出波的属性。

中间还有各种实验,也有各种理论推理,一笔带过。一个叫德布罗意的物理学家提出了一个洞见,那就是:电子和光子一样,都具有波动性,而且一切物质都有波动性。你之所以看不到物质的波动,是因为波动太小,观察不到。比如一个质量为3千克的球,以每秒10米的速度运动,根据计算,它的波长是10的负35次方米。

所以,光具有波粒二象性。

1961年,物理学家用单个电子做成了杨氏双缝实验。实验结果:你就是每次只发射一个电子,积累的电子多了,屏幕上还是会出现干涉条纹。

如果电子是粒子的,那么屏幕后面就应该像打靶的靶纸一样,怎么也不可能出现干涉条纹。所以,唯一的解释就是单个电子同时通过了两个缝隙:它既在这里也在那里。

烧脑了吧。但,以上只需要记住一个结论,就是:世界是由原子组成的,原子就有波粒二象性。

接着,更烧脑的问题和实验有出现了。

到底什么时候是波、到底什么时候是粒子

你在杨氏双缝实验的屏幕后面,各放一台探测仪,盯着单个缝隙,看光子到底怎么运动。这时候,会出现什么情况?光子就像子弹一样从一个缝隙中射了出来,屏幕上也没出现干涉条纹,它表现为粒子性,而不是波动性。

如果在实验中没有屏幕,就用两个探测器分别盯着两个缝隙,那光子就或者从这个缝隙中通过、或者从那个缝隙中通过,光子表现为粒子性。

如果在实验中放上屏幕,屏幕挡住了两个探测器的观察视角,那光子就会同时从两个缝隙中通过,然后在屏幕上形成干涉条纹。

你这是怎么回事?

我这么观察的时候,你光子就是波动的,在屏幕上形成了干涉条纹;我那么观察的时候,你光子就是粒子性的,像子弹一样飞了过来。

也就是说,光子到底表现为波动性,还是粒子性,完全取决于我的观察。是波动、还是粒子,光子说:我都可以,看你喜欢。你放块屏幕在后面,那我就给你波动出干涉条纹来;你放个探测器盯着我看,那我就给你做出粒子运动来。

延迟选择的猜想和试验

于是,在上世纪70年代末,物理学家惠勒提出了一个延迟实验。简单说:开始不放屏幕,就是盯着缝隙,相当于盯着光子怎么运动;等你光子完全通过双缝之后,再突然放上屏幕,看你还能不能波动出干涉条纹来。

实验很多,各种复杂的设计和先进的仪器都用上了,因为物理学家一定要往死折腾光子。

太复杂的操作设计不解释了,大体步骤可以做如下概括:

双缝后面不放置屏幕,分别用探测仪盯着两个缝隙:这时候光子肯定会像子弹一样,或从这个缝隙射出、或从那个缝隙射出;

在这个过程中,光子表现为粒子性;

等光子像子弹一样通过双缝之后,这时候它肯定不能调头、也不能重来了,然后再突然把屏幕放上,观察光子到底会在屏幕上留下什么。

这么折腾光子,你让光子情何以堪?我到底该表现为波动性、还是该表现为粒子性?

光子不能调头、不能重来、更不能耍无赖,所以它只能像子弹一样射过来,屏幕上就会呈现子弹扫射的样貌。然而,并没有,干涉条纹在屏幕上出现了。

也就是说,光子是同时通过双缝的、是波动过来的。我们的观测改变了光子的历史轨迹。

用一个通俗点儿的例子,来解释这个问题:

老师点名的时候,我肯定要到课堂听课;老师不点名的时候,我肯定要到球场打球;到底是上课还是打球,取决于老师点名或不点名的信息。

开始,老师说不点名,所以我换上了运动服、去了球场打球。突然,老师又说点名了,而我却已经穿着正装、坐在课堂听课了。

之前的换上正装、到课堂听课,之前的换上运动服、去球场打球,这段“历史”到底会是哪一个,完全取决于现在的老师现在是不是要点名。

现在的选择可以改变过去。

如果这个例子的时间尺度还不够大,那就用惠勒提出的设想:

一个距离地球十亿光年的星系,它的星光被爱因斯坦的引力透镜分成了两束,在十亿年后各自到达了地球。引力透镜就相当于杨氏双缝实验中的双缝。只不过这个缝隙有点儿大。

如果我们单独观察一束光,那么它就是单独过来的,它是以粒子的形式走过来的。

如果在地球支上一个屏幕,那么两束光就合在一起,它是以波动的形式走过来的。

这是不是说:我们的行动,能够决定光子十亿年前出发时候的状态,是波动的还是粒子的?

当下的选择能够决定历史。

但是,还不需要过分担忧。

首先,这只停留在微观粒子层面;其次,选择只能决定光子当初是波动还是粒子;第三,选择并没有改变光的运动方向。可以得到的洞见是:我们可能需要对过去和未来做出新的思考,怀疑其是不是一种错觉。

网友「鲸彩666 」发表观点
2020-06-30

双缝干涉实验,其实就是科学家们用来证明光有波动性的一个实验。微观粒子的形态取决于人的观察,被观察的时候呈现出粒子的状态,不被观察时呈现波的状态,微观粒子就像有“生命”一样可以感觉到人类的存在,因此双缝干涉延迟实验才让很多人感到恐惧。延迟实验很可怕的,不单单是因为观察者效应,更重要的是他所反应出来的是在微观世界里,果能改变因,就像未来能改变过去一样可怕。

本来的观察结果认为光具有波粒二象性,单独发射一个光粒子却可以神奇的自己对自己产生双缝干涉。就是说一颗光粒子却诡异同时通过了两条缝,可是更诡异的是如果这个实验过程被摄像机记录的话那么双缝干涉就不会产生,单独发射的光粒子每次都老老实实的通过对准的那一条缝。若是没有摄像机记录我就同时通过两条缝你说气人不?后来狡猾的人类又想了一个办法。开始先不打开摄像机等光粒子同时穿过两条缝,这时候双缝干涉已经形成再打开摄像机,这次你跑不掉了吧。吓着科学家的事情这时候真正发生了,本来已经产生的双缝干涉突然消失了,光粒子又神奇的变成了只通过一条缝。这简直逆天了,等于说已经发生的事实被摄像机一记录结局突然被改写。时空顺序在这一刻已经错乱,刚刚发生在眼前的历史事件结果居然被观察改变掉了,这真的让人无法接受。

20世纪初,物理学界对于光的波动学说和粒子学说已经争论了几百年了,爱因斯坦联合普朗克一起提出了光量子学说,人们开始意识到光同时具有波动性和粒子性的双重性质,也就是说光在传播过程中呈现波的形态,与物质相互作用时呈现粒子形态,这种被称为“波粒二象性”的解释得到了物理学界的一致认同。

后来科学家们利用杨氏双缝实验,在点光源后面放一张拥有两条狭缝的纸,这时候点光源的光穿过狭缝就会变成一串明暗交替的条纹,这便是证明光量子学说的干涉条纹。

在证明光拥有波粒二象性之后科学家利用电子也进行了双缝实验,发现电子等微观粒子同样具有波粒二象性,随着技术的进步,科学家们开始用仪器发射单个电子来进行双缝干涉实验,这时候发生了第一件怪事:单电子双缝实验的结果竟然和之前的电子双缝干涉实验结果完全相同。

之前的电子双缝干涉可以产生明暗交替的条纹,单个电子竟然也能产生干涉条纹,但仪器明明就只发出了一个电子,它能和谁干涉呢?这个结果就像是一个足球同时进了两个球门一样匪夷所思,科学家们下定决心要揭开单个电子干涉条纹的秘密,于是就有了更加匪夷所思甚至恐怖的“双缝干涉延迟实验”。延迟实验的精髓就在于记录电子在穿过双缝后的样子,由于只有单个电子,所以它穿越任何一条缝隙都能被直接看到,因此屏幕上的波态干涉条纹消失了,取而代之的是粒子态的痕迹,而一旦把记录电子轨迹的机器关闭,那么明暗条纹就会马上出现,一旦开启机器明暗条纹就会马上消失。

后来,有科学家突发奇想,我如果把光子一个个发射出去,而不是一次性全撒出去,因为这样光子间就不会再互相影响,从而就不会产生图一的干涉图样呢?但是,试验很快打了他的脸,即便一个一个的发射,干涉图样还是出现了,就好像一个光子可以同时穿过两条缝隙,进而自己对自己产生干涉一样。

当他试图用摄像机去观察粒子的运动轨迹时,这些粒子一个个的就像有智慧一样,仿佛知道有人在看它们的表演,于是它们立刻停止表演,墙上的干涉条纹消失了。梅里有点不敢相信,这不是扯吗?我竟然被小小的粒子耍了。他一开始是拒绝相信的,但是经过无数次的验证,他最终服了。梅里向学界公开了这一让人“毛骨悚然”的新发现:粒子的行为竟然是由人的意识所决定的。

这个实验就是说光具有波粒二象性,当你不观测时,它是波,会产生干涉条纹,当你观测它时,它又变成了粒子,没有干涉条纹!光到底呈现什么特性,取决于你是不是在观测它!实验非常诡异,就仿佛一个个的光子都有意识!知道有人在研究它,不让你深入研究!

我是这样认为的:由于光的速度极快可以穿越时空,因此它在可以同时存在于平行时空中,同时穿越两条缝形成干涉。而一旦进行观察,只能剩余一种穿越方式,其余平行时空消失。因此,意识能够决定平行时空的开启或关闭。空即是色,色即是彩!好比说我现在决定从床上起来,那么我躺在床上的其余平行时空都将被关闭。综上所述,光的干涉,是光的速度能够为我们展示所有平行空间,若加以观测就是我们选定了其中的一个平行空间。一点拙见,欢迎批评!

我是@鲸彩666,一个相信科技是第一生产力并追逐当下热门科技的人。我将努力第一时间跟大家分享和剖析精彩科技!欢迎大家留言讨论哦。

网友「万绛照壹星 」发表观点
2019-01-21

谢谢"读闻世界"好友的邀请!

单粒子双缝干涉实验是人类历史上得到的最神奇的实验结果之一,它是对与符合物理直觉的宏观世界截然不同的量子世界的一种惊人阐释。实际上,它表明,现实的本质可能完全不是物质的。

从我们最熟悉的说起:

我们可以想象一只橡皮鸭,它在水中上下摆动,引起周期性的涟漪向外扩散。一段距离外,波纹碰上一道中间切有两条缝的障碍物。大部分水波被阻挡,但水波仍然会穿过两处缝隙。当新波纹开始叠加,便形成了新的相互干扰后的波纹。这是因为在一个缝隙波纹的波峰刚好碰撞上了另一个缝隙处的波峰,导致了更剧烈的高峰;两个低峰的波谷叠加也导致了更剧烈的下沉。科学上将这种现象称为“相长干涉”。

但当一个波峰与另一个波谷相遇时,它们会相互抵消,水面齐平——这是“相消干涉”。所以我们得到了起伏或平静水面的交替变换。

实际上任何类型的波都会产生相似的干涉结果。比如声波和光波。

托马斯•杨在1801年首次观察到了光的双缝干涉:一束光经过两条窄缝后在接收屏上产生了数条明暗条纹,屏幕上交替出现了“相长”和“相消”干涉的区域。只要有两个以上的光子,便会出现干涉条纹。

各个光子分别穿过两个缝隙,然后在缝隙后相互干涉,进而形成干涉条纹。这时,将会看到所有物理学中最不可思议的实验结果之一:在每次只发射一个光子情况下,干涉条纹仍然会出现。

也就是即使只发射一个光子,它也会同时通过两个狭缝,出现独自相互干涉现象。实验者曾经装上探测器来观测一个光子到底从哪个缝隙通过,获得它的路径信息,此时干涉现象却消失了。如果拆下探测器再次发射单个光子,干涉条纹就会再次出现。

直到1987年,科学家在一次实验中发现,如果只获得部分粒子路径信息,干涉现象(图样)就不会完全消失。这就是“量子擦除实验”(双缝实验的变版):只要测量时不过度搅扰到粒子运动,干涉条纹就会随机改变或恢复。

另一个双缝干涉实验的变版是延迟选择实验:通过探测器探测到的路径信息,在光子投射到屏幕上之后,能凭着标记或擦除的路径信息,消除或恢复干涉图象。这时差关系,理论中可延长甚至很久。如标记上了路径信息,光子只通过一条路径;如擦除了路径信息,粒子就又会通过两条缝隙。也就是,观察人现在的行为可决定以前的事,这和传统的理论是相背的。

后来的物理学家Veritasium也进行了这个双缝干涉实验,他惊讶的发现条纹的形成与每个光子能量的传递没有关系,这些条纹是许多不相关的光子最终分布位置。也就是每个光子都不知道上一个光子的位置,也不能预测到下一个光子的落点,但每个光子都会落在条纹区域内,不会落向条纹区域以外。

20世纪20年代的哥本哈根大学的量子力学先驱哥本哈根认为波函数没有物理本质,而是由纯概率组成。说明双缝干涉实验的粒子只以一种最终包含所有路径的可能位置波存在。只有在粒子被探测时,它位置所走的路径才会被决定。

哥本哈根诠释把这种空间可能性与确定属性间的转换称作“波函数坍塌”。说明了在坍塌前试图确定粒子的位置或属性是毫无意义的,也就意味着宇宙允许所有可能同时存在,但不到最后瞬间不会选择什么真实发生。更令人“毛骨悚然”的是,这些不同的可能路径或不同的现实会与自身相互作用干涉,使得一些路径成为现实的几率增加而另一些减少。

网友「科学探秘频道 」发表观点
2019-02-26

双缝干涉延迟实验不禁恐怖而且还很诡异,因为它的实验结果如果是真的话。那么就意味着我们关于时间的认知,甚至关于整个宇宙的认知都是错误的。并可以由此推出来一些列匪夷所思,让人无法接受的结果。

因果律奔溃,历史可以被现在改变?

双缝干涉延迟实验是干涉实验的升级版本,其精髓之处就是把单个量子通过双缝后把路径分开,然后通过控制在显示屏前方的测量装置来控制量子的行为。该实验认为即便量子已经选择了确定的飞行路线,但是我们的观测行为却可以鬼使神差地对其路径做出改变,这就意味着我们现在的行为改变了量子过去的行为,即现在可以改变过去。这一结果的得出直接导致了因果律的崩溃,要知道我们现实世界是讲究有因才有果,过去已经发生不可改变,没有后悔药可吃的,但是这个实验竟然告诉我们现在的某些行为竟然可以改变历史!这让我们情何以堪啊。

为了解决这个悖论,有人认为量子事件在没有被记录前,是不确定的,可以改变的;而只有被记录的量子事件才是确定的,无法改变的。双缝衍射延迟实验中,量子未达到测量器之前的行为没有被记录,所以实际上它的路径并不是确定的,而是像量子纠缠态那样处于两个路径的叠加态,只有我们通过测量使其波函数坍塌之后,它的路径才变得确定和唯一。这样就可以避免“现在改变过去”这种违反因果律行为的发生。

世界之所以如此,竟然是意识参与的结果!

虽然上面关于双缝衍射延迟实验的解释避免了因果律的崩溃,但是却又导致了一个奇怪的结论:即记录使量子事件变成确定事件,那么记录的本质就是意识参与,这就意味着意识参与了事件的形成。那么我们的世界就是意识参与形成的结果,没有意识参与的世界就是混沌一片的。如此来说,我们人类本身就参与了我们宇宙的形成,而宇宙之所以这样,完全是因为我们观察导致的!

有些激进的人甚至认为我们的宇宙根本就不是我们的意识导致的,很可能是某种未知的意识参与形成的。这样的话,我们岂不是活在某种未知生命给我们构建的世界里吗?想想就觉得恐怖。

当然了,双缝衍射延迟实验只是思想实验,之所以出现如此匪夷所思的结果,可能纯粹是量子理论还有待完善。

网友「旷野退思 」发表观点
2020-06-20

其实你已经回答了这个问题,就是人的观测能够影响结果,所以才让科学家感到恐惧,这是在人类探索粒子波动性以前,从来没有发生过的事,带给人们的震撼不亚于以往任何一次数学物理的理论危机。

电子双缝干涉实验

双缝延迟实验是电子双缝干涉实验的一个变种。在电子双缝干涉实验中,一次只发射一枚电子,科学家发现只要发射的电子足够多,它同样可以在屏上形成干涉条纹,说明单个的电子“同时”经过了两个窄缝,“自己跟自己”干涉;或者说对某个电子来说,它自己好像知道前面有两个窄缝,它在荧光屏上的落点同样满足双峰干涉规律。这推翻了人们之前所谓认为的“电子干涉条纹不过是大量电子在统计意义上服从某种分布”的想法。

电子双缝干涉实验,起初人们认为电子之所以出现干涉条纹只是因为统计上的结果,但哪怕一次只发射一个电子,只要积累的足够多,依然会形成干涉条纹

于是科学家想进一步搞清楚,在电子发射的过程到底怎样的,它到底通过了哪个窄缝。于是科学家在两个窄缝后增加了一台量子观察仪。电子通过左缝时读数为1,电子通过右缝时,读数为2,其余情况读数为0。然后邪门的事就来了。而你当打开仪器观测的时候,干涉条纹居然就消失了!窄缝后的屏幕上,只有一个亮斑,证明电子此时路径是确定的。

也就是说电子好像是智能的,或者好像有一个看不见的手在操纵这个电子,他知道你在干什么,并且根据你看还是不看,给你不同的实验结果,你不害怕吗?

想象一下不管你在干啥,都有一双眼睛盯着你,你的操作一览无余,这种感觉是不是很吓人?

延迟选择实验

你以为这就完了?比双缝干涉实验更恐怖的还在后面。为了进一步探索量子世界的奥秒,科学家们设计了这个实验的变体,那就是惠勒延迟选择实验, 这是个思想实验,由物理学家约翰·惠勒在普林斯顿大学举办的爱因斯坦诞辰100周年上提出。

简单说,就是设计这样一个光路,用一个50%反射50%透射的镜片,把入射光一分为二,在分出来的两个光路上再设置反射镜,使两个光路汇合于一点。如果在汇合处再放一个半反半透镜的话,就可以让两路光程差恰好差1/2,即发生反相干涉,这样水平或者垂直的光路中会有一个始终不能检测到光子。这个设置其实和电子双缝实验是等效的,单个光子是“自己跟自己”干涉的。刺激的是,如果在光子发出后,我们才去决定是不是在汇合处放这个半反半透镜的话,结果也会立即发生改变,从波动状态变成粒子态。如果在光子发出去后我们突然撤掉半反半透镜,那么在水平或者竖直方向,检测到的光子就是各50%概率,而不是放置时水平竖直两个方向上一个为100%另一个为0的情况。

好的,之前的恐惧之处是,电子好像知道你在观测它;现在更恐惧的是,它不光知道你在观测它,甚至还可以根据你后面作出的观测“改变历史”!所以如果不给出一个恰当的解释,那么连因果律这个物理学,哲学乃至人类常识的基础都要被改写。而这个合理解释直至今天也没有一个科学家能够给出。这实验也引发了物理学界和哲学界的激烈讨论,甚至上升到世界的本质是唯物还是唯心的思考。

网友「星宇飘零2099 」发表观点
2018-09-09

可能是因为曾经被解读为现在可以改变过去吧。

早期对这个实验的解读是挺诡异的,比如量子力学的著名科普书《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》里作者就写过,似乎当光子经过第一组半透镜后,在到达屏幕前是否插入第二篇半透镜会导致光子经过第一组透镜的方式改变。这相当于说光子可以在你决定怎么测量以后才决定它之前怎么走。这种解释确实是挺诡异的。

但实际上现在对这个实验有了新的解读,光子并不是在你确定测量方法时才确定以什么形式通过路径,而是一直以波的形式同时通过两个路径,直到到达屏幕完成测量它才随机坍缩成粒子,而你将能在哪个屏幕看到它由你是否插入第二块半透镜决定。

在这种解释里不需要光子改变过去的行为,也就没有什么诡异的了,自然也没什么恐怖了。做个好梦。

网友「科学船坞 」发表观点
2019-02-23

题目在介绍中说,“人的观察能够影响结果”这并不醉,这是事实。在当时的双缝干涉实验中,当一束光通过双缝之后会在后面的屏幕上出现明显的明暗相间的干涉条纹,这个现象让物理学家很不解,倘若光是由经典粒子构成,那么后面呈现出的就是双缝而不应该是明暗相间的多条条纹,这说明光是一种波,因为干涉是光的特性。

1905年,爱因斯坦提出了光电效应的解释,认为光也是一种粒子,叫光子,这时候人们开始意识到光既是波又是粒子了。

后来一次实验将入射光的强度降到最低,保证在每个时刻内只有一个光子通过双缝,但即便是这样,后面的屏幕在累积一定时间后还是会出现干涉条纹。科学家想搞明白单个光子到底通过了哪条路径,于是安装了监测器,但是安好之后,干涉条纹消失,拆下去之后,干涉条纹又回来了,这表明,人的观测确实会影响结果。

什么是延迟实验呢?

这是约翰惠勒提出的实验,简单的理解就是现在可以决定或改变过去发生的事情,这就说明在量子的世界中只有被确定下来的才是一种现象,因为它随时都有可能因为人的有意识的观测而改变其结果。

个人的浅见,欢迎大家评论哟!!!

网友「淡漠乾坤 」发表观点
2019-07-24

世界上最恐怖的事情是未知。比如,黑暗就是一件比较可怕的事情,因为不知道前方有什么东西在等待着我们。

如果在古代,我们现在常用的手机????、电视机????和汽车????等都会吓着古人的,因为他们不理解上述这些现代产品的工作原理。

此外,人类还会自己吓着自己。因为,对某一现象的解释是多种多样的。其中,最为简单的解释,就是将各种稀奇古怪的事情归结为事物内在的属性。这实际上阻断了人们继续探究的努力。比如,在古代或在落后的农村盛行鬼神的传说,都是缘于遇到了未解之谜。

至于双缝干涉实验也是如此,我们既可以将干涉现象简单地归结为电子内在的属性,也可以将该现象归结为外在物理背景的不连续性。

比如,细小的花粉在水中的无规运动,既可以认为该花粉在水中灵魂附体,也可以由此断定水是不连续的,是由离散的水分子构成的。

至于延迟的干涉实验,也有两种不同的解释。如果坚持认为观测会使叠加态塌陷,从而阻断了电子的波动性,那么在电子通过窄缝的前后观测是有很大区别的。然而,现实情况却是相反的,并没有发生不同的变化。于是,吓到了自己,认为时间是可以倒流的。

反之,如果理性分析的话,上述现象说明电子的波动与否,与观测电子并没有直接的关系。只是为了观测电子的行为,我们将电子发射的密度降低了。

如果电子与不连续的空间存在着相互作用的话,则电子的运动不仅会受到空间的波动,电子亦会对空间产生扰动,进而影响后面电子运动的行为,即产生干涉现象。

所以,电子干涉现象与电子发射的密度相关。这就好比在河上行驶的船只????,当航道运行繁忙时,不同的船只引起的水波会彼此影响,产生干涉现象,从而使船只发生剧烈的晃动。

总之,虽然人类的认识是有限的,还存在着许多未知的事情,但是我们可以根据认识的一些基本原则来选择我们的认识方向????。比如,关于鬼神的选择是必须予以放弃的,不能自己吓着自己,也不能因此而阻断我们进一步的认识。

为了避免这一情况的发生,我们应该持二维的认识观点,即任何物体的行为都是其自身的原因与外部环境的结合。比如,人的行为是其个人意志与社会环境共同决定的。

电子的外部环境就是由不可再分的最小粒子——量子构成的物理背景即量子空间。

网友「平原公子 」发表观点
2018-12-05

电子双缝干涉,首先来自于光子双缝干涉。证明了光是一种“波”,因为只有波才能互相“干涉”,后来德布罗意提出一种理论,认为任何物质都是“波”,都具有波动性,后来电子双缝干涉实验,证明了这一点。

之所以令人“毛骨悚然”,是因为无论是光子双缝,还是电子双缝干涉,都证明了量子领域的“测不准”原理。

爱因斯坦不是搞出了光电效应嘛?那么“光”是什么东西?为什么特定频率的光照一下那个不知名的板子,那个板子就会带电?光能计算公司是△E=hv,光能和光的频率有关,既然光有频率,那么他就是一种波咯?说对了,某种意义上他就是一种波,可以说什么东西都是波。无线电、红外线、伽马射线、紫外线、可见光都是一种东西,都是电磁波的一种,只不过频率不同而已。频率v越高,能量越大,原子弹爆炸发出的爆炒广岛那玩意儿就是伽马射线,他和太阳光、手机的光、WIFI信号没有本质区别,频率极高而已。

然而,光电效应公式又说了,不是特定频率的光,你照多久都没用,特定频率的光,一个光子就足够激发电子了......等等,你不是说光是一种特殊的电磁波吗,光子是什么东西?爱因斯坦那时候的解释是,光波只能一段一段不连续地被吸收,就和能量子一样,所以被称为“光量子”。

但这不是最终的解释,最终的解释是个颠覆一切的可怕魔鬼。

我们做过双缝干涉实验是吧,既然都能干涉了,那么光肯定是波啊,这个不需要解释。解释一下干涉,波其实振动在介质中的传播(当然这个说法最终也不对,光不需要介质)。波不是直线前进的子弹,子弹撞墙了不能继续飞,而波能绕过去,这叫“衍射”。而两个不同的波相遇的时候,会发生干涉,比如你在水中连丢俩石子,会出现两股水波,波峰与波峰相遇,会叠加,波纹更高,波峰与波谷相遇,波纹会削弱,这就是干涉。

那,就是这个样子的。这个初中物理也有。

我们来讨论光的干涉,如果你随便把两个手电筒打在一起,肯定看不到干涉条纹的。只有两列光波的频率相同,相位差恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光,不可能具有相同的频率,更不可能存在固定的相差,因此,不能产生干涉现象。

为使合成波场的光强分布在一段时间间隔Δt内稳定,要求:①各成员波的频率v(因而波长λ )相同;②任两成员波的初位相之差在Δt内保持不变。(这里看不懂可以跳过,意思是普通光源不能做这个实验,但高中和大学实验室的激光器,完美解决了相位差的问题)

实际情况是这样子滴——

这个只能证明一个问题,那就是,广是一种波,波长很小频率很大的波。但为什么说魔鬼出现了呢?下面是见证奇迹的时刻,如果给你一个完美的黑暗房间,不受其他光源干扰,用能发出单个光子的光源做这个实验,光子一个一个地打过去(别怀疑,这个实验条件地球上具备,而且成功了)。

那么我们随便先来十发光子,会在背景墙上发现,光子落得满地都是,乱七八糟,毫无规律,但是我们来个三百万发,再看结果,却发现那么多星星点点如同细沙子的光斑堆成了了一道一道光的波纹?如下——

见鬼了,问题在哪里?问题是——我们是一个一个打出光子的啊,如开枪一样,后一个光子不是智能生物,不可能知道前一位光子的落点啊,他们怎么商量好落脚点的?难道他们之间可以沟通?黑屋子里没有其他光子,单个光子和谁干涉的?和自己?自己干自己?肯定有鬼。

事实上,当光子穿越双孔的时候,我们不知道它到底穿过了哪个孔?有可能是左边,也有可能是右边,他不可能同时穿过两个孔,他不是孙悟空。常识告诉我们,宇宙的选择是确定的,但常识错了。如果我们挡住其中一个缝隙,可怕的事情发生了,干涉条纹消失了。于是薛定谔写出了伟大的薛定谔概率波方程。

他说量子态是一种概率波,有两个状态,可以弥散,可以坍缩,类似于函数的发散和收敛,可以复习一下高中学的“杨氏双缝干涉”,单个光子连续穿越双缝形成干涉条纹,但你无法知道光子到底走的是哪一个缝隙。如果你知道了,就无法形成波动性质的干涉条纹——观察者改变世界——这有点唯心主义的意思,但却是被实验证明的真理。单个 光子是一团概率云,穿过的一瞬间他坍缩了,选择了一个出口而已。后来德布罗意发扬光大,把波粒二象性推广到所有物质上,事实也证明了,电子也可以在晶格实验中产生类似波的干涉条纹。明白了么,兄弟们,你们也是波。

而海森堡提出了“测不准原理”,——粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式

,h是约化普朗克常数。海森堡认为——测量这动作不可避免的搅扰了被测量粒子的运动状态,因此产生不确定性。就是说,观察者会影响事件的结果,量子力学范畴中,测量不是只有实验观察者参与的过程,而是经典物体与量子物体之间的相互作用,不论是否有任何观察者参与这过程。说的更唯心一点,那就是“风动,幡动,还是和尚心动?”

量子力学的非主流说法,始作俑着也是海森堡,他用泊松括号做矩阵乘法,得出一个没有意义的物理量——就是那个位置和动量相乘的玩意儿,结果没人看得懂。后来一群学计算机的美国人发扬光大,不承认薛定谔的方程和概率波,说“弥散”和“坍缩”都是胡扯,他们提出“多世界理论“——注意这也不是胡说,这是量子计算机的理论基础!“多世界”不是大家想象中的“平行宇宙”——事实上,他们认为,宇宙只有一个,“多世界”,是宇宙在不同维度的投影。所以不是不确定事件有确定的结果,但是发生在不同的世界,而观察者只看到一个投影世界中的结果。 他们的意思是——光子不是什么概率波,而是一颗子弹,穿过双缝的时候,我们的世界分裂了,平原甲看到光子穿越左边的孔,平原乙看到光子穿越右边的孔,两个世界继续发展下去。

举个例子,“薛定谔的猫”,箱子打开后,猫不是“生”就是“死”,好像从两种状态“坍缩”到一种状态,函数收敛得到一个定值,但“多世界”理论派认为,不是坍缩了,而是世界分裂了,一个世界中的你看到猫死了,另外一个世界的你看到猫活着。如此而已。

网友「浩宁叔叔tyrone 」发表观点
2019-11-22

先说答案吧,没什么“毛骨悚然”的,如果非要说有的话,那就是科普过程中以讹传讹展现的人们“科学玄学化”倾向。

考虑到大家看到我这篇答案的时候,前面已经有180多个答案了,我就不再系统的介绍这个电子双缝干涉实验的整体过程了,只说一下这个实验中一个细节,以讹传讹到今天被大多数人误解成了什么样。

总结一下,就如同已经看过其他答案介绍的那样,电子双缝干涉实验的“观测者效应”有三个特点:

1、这个实验的核心是单电子进行的,换句话说,每一个单位时间点,只有一个电子通过双缝。

2、“按理说”一个电子通过双缝,是不可能出现干涉的,但是长期曝光之后发现,每次一个电子通过的现象,仍旧会出现干涉条纹,这只能解释为“电子自己和自己干涉了”。

3、为了探寻这个反常识的问题,引入了“观测者”机制,而更神奇的是,一旦引入观测者机制,干涉现象消失了,这意味着电子不再有自己和自己的干涉现象。而一旦撤离观测者机制,这个干涉现象又出现了。

4、在随后的日子里,这个现象被解读为意识对物质的作用。

题主所谓的“毛骨悚然”,大抵是这个。

当然了,这个话题确实比“F=ma”更适合民科们传播,于是有了很多神奇版本,一些号称自己“熟悉佛学道学基督学神学”的人士也高潮了,说什么在实验室放一个摄像头,人去看的时候就变了,不看的时候又变了,纷纷号称自己领域内的各种传说可以解释了,我就不一一赘述了。

问题是,大家在这里有没有细想过一个问题,“你怎么可能看到这个实验中的电子?”

有人说这还不简单,用电子显微镜啊!

这事儿还真是不简单,我和大家好好说说这个事儿。

我们通常说的“看”,不管是用摄像头,显微镜,还是我们用人眼看,本质上都是有光子/电子等方式射入“摄像头、显微镜,或者人眼”的成像系统,然后成像,这个大家能看懂吧?

比如我们看到花,是因为有光子打到花上反射出来,并且进入我们的视网膜,我们才能“看到”花,如果没有光子打到我们眼睛里呢?我们自然看不到。

明白了这个原理我们就可以进行下一步解读:既然这个电子的双缝干涉实验室一次进入一个电子,这意味着这个电子只会打到双缝,不可能去别的地方,那么即便我们在旁边放一个摄像头,或者放个活人,这个电子也不可能打到摄像头的成像里,或者活人眼睛里,怎么可能被这样“看到”?

而且还有一个关键,电子太小了,进入我们的眼睛我们根本感受不到,我们怎么看得到?

有人说那我可以在双缝后面装一个电子摄像头之类的,这个电子就可以打到摄像机里了,这样我们就可以看到。

你真聪明,但你有没有想过,电子打到摄像头里成像,意味着电子被吸收了,它自然不可能在双缝背后的成像板里进行曝光,这意味着当你通过这种办法“看”到的电子,已经不存在完成实验的可能。

上面这段话意味着什么呢?意味着迄今为止,你看到的所有跟你说在电子的双缝干涉实验过程中放一个摄像头,有一个什么人在看,或者人的意识影响电子实验的,都是三手的知识,无限趋近于胡说八道。

总结一下,到现在为止,一切“直接测量”,“直接观测”电子双缝干涉实验中电子通过哪个缝的实验,根本没做出来,都是思想实验——啥是思想实验?就是做不出来靠想啊!

这就是物理实验,任何一点的进步,都是极难的。

虽然不能直接测量,但是可以间接测量,比如“量子擦除实验”,通过获取路径信息来反推,也是一定程度可以验证的。(这一点别的答案里也有提及,由于过程比较复杂,大家知道有这种间接测量实验就可以了。)

但是大家要知道,这种实验,只是一个客观实验,他与人的意识一点儿关系都没有,也与旁边有没有人“看”一点儿关系也没有,所以这只能说这是量子世界一种“独特的特性”,不能说这与人的意识有关——这句话的意思是,哪怕做量子擦除实验的人都死绝了,只要这个实验过程还在,还是一样的结果——完全不是一些神学民科说的强行与“我看花的时候花在,我不看花的时候花不在”联系起来的行为。

说到这里我想我应该描述清楚了:电子的双缝实验中,“观测行为”导致的奇妙结果确实存在,但是这只是一种“独特的特性”,根本不是人的意识之类的影响。

到这里我们必须反思一个问题,为什么会出现那么多神神叨叨的解读呢?

除了这个现象很奇特之外,其实还有两个原因:

原因1、大多信息数传播者,都倾向于“好传播而不求甚解”的行为,因为他们传播的目的,不是为了传播知识,而是为了传播“惊奇”。

比如一个小球扔出去后掉到地上,这样的信息虽然是事实,但是根本不会有人传播,因为这本身就是没什么好惊奇的。但是如果一个小球扔出去后飘在空中,而且还变成了一只猴子,这就属于“惊奇”,那么就会有大量传播者进行传播。

而这个实验的结论,刚好符合这些传播者们的喜好,所以他们为了“惊奇”而传播。同时,为了保证“惊奇”的特点,他们往往会因为一己私利的欲望,或者自己能力的不济,无意或者有意的“抹除”这个实验的最关键因素:如何定义测量过程。

为什么呢?

因为只要模糊了这一点,你就会觉得神奇,传播者也就达到了自己的目的“惊奇传播”。

所以,在这个前提下,好传播而不求甚解 几乎是一个铁律,也就是信息传递过程中的关键信息缺失,这样的好处是:在自己没有说谎的情况下,让接受者产生误解,进而理解失误。——这样一来,既达到了传播者的目的(惊奇化),又不背因果(传播者自己可没有说谎,是你理解的问题)。

这就是人性。

原因2、有那么一撮人,在理解科学时,有很强的的“玄化,神化”倾向。这种现象似乎是部分人的内在属性,与年龄,教育程度,所属行业无关。

他们倾向于将听到的,看到的任何客观事物现象,一旦出现科学无法解释的,或者科学解释有往神秘化发展倾向的时候,立刻“选择性关注”,并且快速得出“神化,玄化”结论。最典型的几种表述范式就是:“科学的尽头是神学”,“今天科学的发现证明了XX千年前XX说的XX”,“这个世界上有多少事情科学家都没办法解释,XX已经解释清楚了”。

这是一个很悲哀的现象。

任何一个时空下,科学都会有自己的局限性,但是科学的最大特点是,只要科学中被证实的东西,在自己的界定条件内,都是可预测的,说人话就是只要科学证明的部分,在自己的理论范围内的预测都靠谱。——这点是科学和其他学科最大的区别,其他学科可以随便解释,但是很难准确预测。(当然这些学科有后手,他们早就为预测错误的结果找了退路解释,比如心不诚,比如还有其他影响等)

但不管怎么说,这个世界上科学不能解释的东西必然在一个固定时空下是很多的,这是一句正确的废话,但这个客观事实,在不同的人解读起来就不一样,对于兢兢业业的科学工作者来说,就会前赴后继,耗尽一代人或者几代人来研究,最终有所突破;对于那些内在就有“神化倾向”的人来说,看到这样的事情就很开心,立刻开始宣扬自己的那套“既不能证实也不能证伪”的理论。

而后者过去常用于算命跳大神等专属职业,今天这些人找到了一个新职业,在头条等地方充神学民科,假科学之名,行糊弄之实。

结合这两点,一方面,在传播过程中,传播者倾向于信息传播“惊奇化”,另一方面,有那么一撮人,对于一些惊奇化信息刻意“神化和玄化”,这样的整个过程我起了个学名:科普化造谣。

这就是曾经一个科普工作者说的我国的科普过程中的一个诡异现象:科学工作者是用“业余时间兼职科普”,但是造谣者却是“工作时间全职造谣”。

看到这里,你再想想这种规律支配下的情况:我们以为我们活在科学支配的世界里,实际上,有时候我们是活在被有利益驱动,符合规律的“被异化”扭曲的科学信息之下。

前段时间量子波动教育,包括时不时冒出来的邪教,都是这个规律之下产生的。

这件事情,才是我们该觉得“毛骨悚然”的。

我是江南沐雨,《众神聊斋》作者。

对了,关于电子的双缝干涉实验中意识与实验的解读,我推荐大家看一下@妈咪说MommyTalk 的视频,头条里搜妈咪说就能搜出来了。

我很喜欢这个作者,他有几期对于量子的原生科普,深入浅出,很不错。

网友「火星一号 」发表观点
2019-02-25

很多量子现象与人类的一般认知大相径庭,例如,不确定性原理表明,粒子的位置和速度不可能被同时测量出来。而惠勒延迟选择实验更是诡异,这种现象似乎表明现在决定了过去,这与我们所知的因果律完全相反。

惠勒延迟选择实验其实是双缝实验的变形,而双缝实验本身就已经比较诡异了。如果让光通过双缝,那么,在接收屏上将会获得明暗相间的条纹。这很容易理解,因为光是一种波。

然而,如果把光子一个接一个的释放出来,让它们逐一穿过双缝,结果还会出现一样的干涉现象。根据量子力学的解释,光子自身似乎发生了干涉,每个光子似乎同时穿过了两条缝,光子仍然表现出波动性。

更让人瞠目结舌的是,如果在双缝旁边装上记录器,用于观测光子究竟是从哪条缝中穿过,结果干涉条纹消失了!接收屏上只会留下两条光路,它们是由光子穿过两条缝时所产生的。在这种情况下,光子表现出了粒子性。因此,观测行为改变了光子的行为。

而接下来要说的惠勒延迟选择实验就更让人觉得真实的世界或许没有那么简单。

如上图所示,有一光源发出的光会经过一块半透镜,该半透镜有一半的可能性让光子发生反射,还有一半的可能性让光子直接穿过。在反射和穿透的光路上各放置一块全反射镜A和B,使光子经过反射之后,两条光路交汇到C点。在光路后方,各放置一块接收器来观测光子走了哪条路径(AC或者BC)。显然,光子走AC路径和BC路径的可能性都是一样的,皆为50%。

如果在C点再放置一块半透镜,那么,走BC路径的光会发生干涉相消,而走AC路径的光会发生干涉相长,所以最后只有AC路径上的接收器会接收到光信号,而BC路径上的接收器不会接收到光信号。这意味着光子同时走了两条路径,光子自身与自身发生了干涉,这个现象类似于上述的双缝实验。

但如果在光子经过第一块半透镜和全反射镜之后,在C点放置一块半透镜,结果还是只有一块接收器能接收到光信号,这意味着放置第二块半透镜的行为改变了光子的最初所走路径。也就是说,现在的行为改变了过去,这与因果律完全相悖,因果关系完全被颠倒来过。在惠勒提出延迟选择实验之后几年,物理学家在实验室中证实了惠勒的这个思想实验。

从一系列“反常”的量子实验可以看出,我们所知的“现实”或许不是这个世界的本质,宇宙中还存在着更为深刻的基础规律有待我们去发现。只有揭开宇宙更深刻的本质,人类的文明才能获得突破性的发展。

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