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最可怕雙縫幹涉實驗
最可怕雙縫幹涉實驗
更新时间:2024-10-02 16:26:03

浩瀚宇宙誕生以來,出現了無數科學奧秘,而要揭開這些科學奧秘,需要我們在科學的道路上不斷發現和前進。

科學理論是科學世界的核心,每一個科學理論想要被證明都需要科學實驗。隻有通過科學實驗才能證明的科學理論才是真正的理論。在沒有被實驗證明之前,一個科學理論隻能是一個猜想理論。

科學家在科學道路上探索研究,發現世界分為宏觀和微觀。宏觀的背後是微觀,而微觀的背後也是宏觀,二者息息相關。早在1900年,普朗克在研究“黑體輻射”問題時就提出了“量子”的概念,從此量子力學問世。

最可怕雙縫幹涉實驗(為什麼雙縫實驗會讓人感到毛骨悚然)1

量子力學是與相對論并列的影響人類思維的一大基礎理論。可能很多人都懂量子力學,但不知道什麼是量子。事實上,量子的本質是物理量的最小單位。它不是現實世界中的一個粒子,而是一個物理概念。

一切都可以量子化,從我們能看到的宏觀物體到我們看不到的概念,比如時間。所以量子力學的本質是探索微觀世界中粒子運動的規律,而要了解粒子運動的規律,我們也會了解微觀世界,這樣從微觀到宏觀,我們才能更好的了解宏觀世界。

我們前面說過,世界是由宏觀和微觀組成的,宏觀的東西是由微觀的粒子組成的,所以理論上,宏觀世界的運動規律應該和微觀世界的粒子是一樣的。但随着研究的深入,科學家驚訝地發現,微觀世界中粒子的運動規律與我們熟悉的經典力學完全不同,甚至有些現象并不違背常識,颠覆我們的認知,比如量子糾纏理論、量子疊加态。

最可怕雙縫幹涉實驗(為什麼雙縫實驗會讓人感到毛骨悚然)2

在學習量子力學的道路上,也有很多實驗,其中一個是我們每個人都很熟悉的,就是高中做的雙縫實驗。我相信我的朋友們對雙縫實驗并不陌生。高中的時候,物理老師給我們做了一個實驗,很簡單。

雙縫實驗的目的是證明光的本質。光子通過雙縫後,留下的不僅是粒子形狀,還有波的形成。這說明光有兩個特性:粒子和波。這種現象叫做光的波粒二象性。

不僅光有粒子和波兩種形式,其他所有微觀粒子也有波粒二象性。後來科學家修改了實驗方法,用更先進的電子設備進行實驗,使一次隻有一個電子發射通過一個間隙,最後屏幕上仍然出現幹涉條紋。

最可怕雙縫幹涉實驗(為什麼雙縫實驗會讓人感到毛骨悚然)3

這說明電子通過間隙時,同時以粒子和波的形式出現。粒子的内在性質已經被許多實驗所證實,它們同時具有兩個特征。但是,為了研究更深層次的奧秘,我們需要更仔細地研究粒子的運動過程,所以科學家們在兩個間隙前安裝了探測器,試圖用相機觀察并留下粒子穿過間隙的圖像。

在科學家看來,隻要在缺口前安裝一個探測器,就可以觀察到電子是如何從粒子态變成波的。有了詳細的觀測數據,或許真的可以揭開粒子世界的奧秘,讓量子力學出現質的提升。

願望是好的,結果卻讓人毛骨悚然。電子發射時,在通過間隙的過程中完全以粒子的狀态運動,後面的屏幕上沒有留下幹涉條紋。海浪的特點在哪裡?

最可怕雙縫幹涉實驗(為什麼雙縫實驗會讓人感到毛骨悚然)4

當科學家拿走探測器時,電子的幹涉條紋又出現了。探測器前後,電子的性能完全不同,這讓科學家們感到十分不解。這是怎麼回事?電子學有沒有意識?不想讓人類去觀察它們,去發現它們背後的奧秘?

我們觀察的時候,電子隻是粒子狀的,沒有觀察者的時候,電子是波浪形的。這種不可思議的現象讓科學家們大吃一驚,當實驗結果公布後,在科學界引起了巨大的轟動。1979年,約翰·惠勒針對這一現象提出了著名的思想實驗“延遲實驗”。

當電子以波的狀态通過兩個間隙時,我們瞬間打開探測器,就會發現電子的狀态立刻發生變化,隻剩下粒子的狀态,波的狀态消失了。這個實驗告訴我們,人類的觀察可以“延遲”電子決策。

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電子通過雙縫的事實過去也發生過,但是人類的觀察可以改變過去。“延遲實驗”的提出震驚了整個學術界。如果這一切都是真的,那麼我們需要重新理解我們現在所處的世界和宇宙。也許我們看到的不是真實的世界。因為人類的觀察,世界的本質未必真的出現。我們看到的隻是世界的一部分,背後隐藏着另一個真相。

也許是人類的觀察讓我們看到了宏觀世界和微觀世界的巨大差異,從而導緻了颠覆我們認知的量子力學現象。但如果不去觀察,就無法真正探索世界的奧秘,讓人心疼。也許随着人類科技的不斷進步,我們可以有更先進的方法跳過人類的觀察作用,讓人類以第三者的角色躲在幕後,這樣才有可能真正揭開粒子世界的奧秘,發現這個世界的本質。

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