很少有一个物理实验被人称之为“毛骨悚然”,但以此来形容电子的双缝干涉实验一点都不为过。为什么呢?倒不是因为这个实验的过程有多么血腥,而是因为这个实验几乎颠覆了几千年来人们对客观世界的主流认识,具体而言,就是在人类认识世界的过程中,人的意识决定着客观对象的呈现方式。
怎么样?吓人吧。在经典的科学认识方法中,我们强调认识活动中主体与客体的分离,客体是独立于主体的存在,主体的认识活动不能对客体产生任何影响。千百年来,这条原则制约和指导着人类的认识活动,并在牛顿那里得到升华和发扬光大,确立了牢不可破的地位。
然而,随着人们对世界认识的深入,随着人们认识领域的不断扩展,当人们的认识来到亚原子的层面时,人们终于发现了问题。这其中具有标志性和里程碑意义的一件事就是电子的双缝干涉实验。
1907年,托马斯.扬实现了光的双缝干涉实验,再次引发了光的本质究竟是粒子还是波的争论,但此时的争论仍局限在经典物理的范畴内。1961年,蒂宾根大学的克劳斯·约恩松不知道哪根筋搭错了突发奇想用电子来进行双缝干涉实验,从而打开了量子领域的一个潘多拉盒子。
光的历史
牛顿是光学的鼻祖人物,在17世纪建立经典力学,认为光是由许多微小粒子组成的粒子流,也就是“光的粒子学说”,该理论成功解释了光的折射、反射等等现象,在后来的100多年时间里,粒子学说一直被视为光的正统学说。
到1807年,英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验,这一实验证明光是波而非粒子,因为干涉是波的特征,从此,光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。
又过了100多年,光的波动学说遇到一些无法解释的现象,比如黑体辐射、光电效应等等,然后普朗克、爱因斯坦等人,再次把光的粒子学说搬上科学舞台。
着量子力学的发展,科学家提出了光的波动二向性,大物理学家费恩曼曾说过:“双缝干涉是量子力学的核心实验,其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”
双缝干涉
在经典力学的波动学说中,双缝干涉就是对光的波动解释,并没有神秘的地方;但是在量子力学中,双缝干涉就没那么容易解释了,其中有很多地方,科学家到现在都没有弄清楚。
对于该实验,首先量子力学认为,光是由一份一份的光量子组成,每份的能量大小为E=hυ,其中h为普朗克常数,υ为光子的频率。
束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝,就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹;该实验的神秘之处在于,如果我们一个一个地发射光子,也能得到干涉条纹,甚至我们把光子换成电子,甚至是分子,也能得到干涉条纹。
果从粒子的角度看,粒子穿过单缝后,再次穿过双缝时只有两个选择,应该在屏幕上得到两条亮纹;可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹,说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。
换句话说,单个粒子不是通过了一条缝,而是同时通过了两条缝;你没听错,是单个粒子在同一时间,同时通过了双缝,就好似单个粒子一分为二后通过了双缝,然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。
实验的神秘之处还在于,一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝,比如在双缝处加上探测器,那么干涉条纹会立刻消失,就好像粒子知道你对它进行观测了一般。
实验过程的观察与否,居然会影响到实验结果,这是非常令人费解的;当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到:难道在你不观察时,月亮就不存在!
这个解释让人非常难以接受,但这正是量子力学对双缝实验的诠释,无数顶尖级的物理学家,都试想过你能想到的任何可能,最后都认为这个解释是最合理的。
实验经过延伸,还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等;比如在薛定谔的猫中,猫死与猫活,对应的就是双缝干涉实验中的两条缝,两个实验本质上是一样的,如果解决了双缝干涉实验,也就解决了那只半死不活的猫。
人的意识决定着电子的行为,听起来好像天方夜谭,可这真真实实就是电子双缝干涉实验带给我们的震撼。在二十一世纪初科学界评选的令人头皮发炸的十大实验中,该实验高居榜首。用“毛骨悚然”来形容该实验一点也不为过。
现在,你还认为鬼魂只是迷信吗?
如果说电子的双缝干涉实验只是证明了意识可以造成客观对象状态的坍缩,而量子延迟实验则颠覆了人们千百年来坚信不疑的因果定律。
这个理论实在太具有震撼力和冲击力了。此刻当人们在回顾当年波尔的话:任何一种基本量子现象,只有在它被记录之后,才是一种现象。才发现这句话的含义竟然这么的深刻。沿着这种思路,这些稀奇古怪的现象说明了什么呢?它说明,宇宙的历史,可以在它实际发生后才被决定究竟是如何发生的。这样一来,宇宙本身是由一个有意识的观测者创造出来,也是有可能的事情。虽然宇宙的行为在理论上来讲已经存在了几百亿年,但某种延迟使得它直到被一个高级生物观测后才成为确定的事实。我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程。这就是所谓的“参与性宇宙模型”。
科学家已经用实验证实的是,在量子能级的世界中,如果你不去看这些粒子的话,它们就不存在。而如果我们世界最基本的粒子都不存在的话,那是否意味着,我们所看到的世界也是虚幻的?那么未来发生的事会影响过去也就不足为奇了。
怎么样?吓人吧。在经典的科学认识方法中,我们强调认识活动中主体与客体的分离,客体是独立于主体的存在,主体的认识活动不能对客体产生任何影响。千百年来,这条原则制约和指导着人类的认识活动,并在牛顿那里得到升华和发扬光大,确立了牢不可破的地位。
然而,随着人们对世界认识的深入,随着人们认识领域的不断扩展,当人们的认识来到亚原子的层面时,人们终于发现了问题。这其中具有标志性和里程碑意义的一件事就是电子的双缝干涉实验。
1907年,托马斯.扬实现了光的双缝干涉实验,再次引发了光的本质究竟是粒子还是波的争论,但此时的争论仍局限在经典物理的范畴内。1961年,蒂宾根大学的克劳斯·约恩松不知道哪根筋搭错了突发奇想用电子来进行双缝干涉实验,从而打开了量子领域的一个潘多拉盒子。
光的历史
牛顿是光学的鼻祖人物,在17世纪建立经典力学,认为光是由许多微小粒子组成的粒子流,也就是“光的粒子学说”,该理论成功解释了光的折射、反射等等现象,在后来的100多年时间里,粒子学说一直被视为光的正统学说。
到1807年,英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验,这一实验证明光是波而非粒子,因为干涉是波的特征,从此,光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。
又过了100多年,光的波动学说遇到一些无法解释的现象,比如黑体辐射、光电效应等等,然后普朗克、爱因斯坦等人,再次把光的粒子学说搬上科学舞台。
着量子力学的发展,科学家提出了光的波动二向性,大物理学家费恩曼曾说过:“双缝干涉是量子力学的核心实验,其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”
双缝干涉
在经典力学的波动学说中,双缝干涉就是对光的波动解释,并没有神秘的地方;但是在量子力学中,双缝干涉就没那么容易解释了,其中有很多地方,科学家到现在都没有弄清楚。
对于该实验,首先量子力学认为,光是由一份一份的光量子组成,每份的能量大小为E=hυ,其中h为普朗克常数,υ为光子的频率。
束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝,就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹;该实验的神秘之处在于,如果我们一个一个地发射光子,也能得到干涉条纹,甚至我们把光子换成电子,甚至是分子,也能得到干涉条纹。
果从粒子的角度看,粒子穿过单缝后,再次穿过双缝时只有两个选择,应该在屏幕上得到两条亮纹;可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹,说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。
换句话说,单个粒子不是通过了一条缝,而是同时通过了两条缝;你没听错,是单个粒子在同一时间,同时通过了双缝,就好似单个粒子一分为二后通过了双缝,然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。
实验的神秘之处还在于,一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝,比如在双缝处加上探测器,那么干涉条纹会立刻消失,就好像粒子知道你对它进行观测了一般。
实验过程的观察与否,居然会影响到实验结果,这是非常令人费解的;当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到:难道在你不观察时,月亮就不存在!
这个解释让人非常难以接受,但这正是量子力学对双缝实验的诠释,无数顶尖级的物理学家,都试想过你能想到的任何可能,最后都认为这个解释是最合理的。
实验经过延伸,还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等;比如在薛定谔的猫中,猫死与猫活,对应的就是双缝干涉实验中的两条缝,两个实验本质上是一样的,如果解决了双缝干涉实验,也就解决了那只半死不活的猫。
人的意识决定着电子的行为,听起来好像天方夜谭,可这真真实实就是电子双缝干涉实验带给我们的震撼。在二十一世纪初科学界评选的令人头皮发炸的十大实验中,该实验高居榜首。用“毛骨悚然”来形容该实验一点也不为过。
现在,你还认为鬼魂只是迷信吗?
如果说电子的双缝干涉实验只是证明了意识可以造成客观对象状态的坍缩,而量子延迟实验则颠覆了人们千百年来坚信不疑的因果定律。
这个理论实在太具有震撼力和冲击力了。此刻当人们在回顾当年波尔的话:任何一种基本量子现象,只有在它被记录之后,才是一种现象。才发现这句话的含义竟然这么的深刻。沿着这种思路,这些稀奇古怪的现象说明了什么呢?它说明,宇宙的历史,可以在它实际发生后才被决定究竟是如何发生的。这样一来,宇宙本身是由一个有意识的观测者创造出来,也是有可能的事情。虽然宇宙的行为在理论上来讲已经存在了几百亿年,但某种延迟使得它直到被一个高级生物观测后才成为确定的事实。我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程。这就是所谓的“参与性宇宙模型”。
科学家已经用实验证实的是,在量子能级的世界中,如果你不去看这些粒子的话,它们就不存在。而如果我们世界最基本的粒子都不存在的话,那是否意味着,我们所看到的世界也是虚幻的?那么未来发生的事会影响过去也就不足为奇了。