理解了这三件事 , 你检视一下宏观世界 , 你会发现 , 所有的事物 , 要么体现波的性质 , 要么体现粒子的性质 。 没有混淆 。
实验一
到微观尺度 , 我们发现“波性质”和“粒子性质”在同一个“物体”上有着惊人的混合 。 比如电子 , 有的时候有表现出粒子的性质、有的时候表现出波的性质 。
著名的实验:电子双缝干涉实验: 每发射一个电子 , 最终电子会落在挡板的一个位置 , 这表现了电子的粒子性质;
但是如果你重复试验够多次 , 电子落在挡板的结果展示了干涉-----波的性质:
挡住其中的一条缝 , 干涉波纹就消失了
如果电子每次只是随机通过其中的一条缝 , 那么最终的实验结果应该是挡板上的两坨电子 , 然而事实不是这样 , 我们看到了干涉条纹 。 所以一个电子在双缝干涉实验中 , 并不是通过了其中的一条缝 , 而是“同时”通过了两条缝 , 并和“自己”发生了干涉 。 但是落在挡板上 , 被我们观察到 , 它就只能有一个位置了 , 这也就是“粒子”的性质 。 它落在哪里呢?答案是“概率决定” , 落点的概率分布符合“波”的性质 。 也就说 , 落点位置被“波”所指引 。
怎么会这样呢?这里有很重要的一点 , 需要你放弃一个很重要的“常识” , 你才能真正理解 , 为什么电子既是“波” , 又是“粒子” 。 当你看你的小狗的时候 , 它是一条活泼的小狗 , 下次再看它的时候 , 它还是一条活泼的小狗 , 于是 , 你的大脑自动填补了中间的空白:哦 , 我不看的时候 , 它肯定还是一条活泼的小狗 。 我们对物质世界的认识有一定连续性 。 在电子的情况下 , 你看一眼 , 它是一个粒子 , 你转过头去不看它 , 再看它 , 它还是粒子 。 但是在中间你不看它的这个过程中 , 它已经不是粒子了 , 它变成了一个波函数 , 是你的观测 , 让波函数坍缩成了一个粒子:电子 。 实际情况是 , 我们被一锅浓浓的“汤”所包围 , 我们叫它量子场 。 观测这个动作 , 便是从这锅汤里面召唤了一个粒子:电子 。
这提出了一种完全违背我们常识的 , 对于物质的认识 。 但是这是目前能提出来的最可信的 , 符合双缝干涉实验结果的解释 。 但是 , 我们该相信这个解释么?我们怎么知道 , 我们扭过头去不看的时候 , 这个粒子就变成了一锅“汤”?我得有办法在不“看”的情况下 , “评估”它到底是不是“汤”么?观测这个动作真的有这么神奇么?它能影响物质世界?观测这个动作又怎么界定呢?如果你愿意接受挑战 。 请往下看 。
实验二
下面 , 就是一个更加的诡异的实验:量子擦除试验 。 如果你理解双缝干涉实验还有些吃力的话 , 回头再仔细看看 , 理清头绪 , 然后闭上眼睛 , 按摩一下太阳穴 。 继续 。
其实这个实验就是更加聪明的双缝干涉实验 。 在这个实验中 , 我们使用的是光子 , 而非电子 。 注意 , 光子有着和电子一样的波粒二象性 。 之所以使用光子 , 是因为光子有个非常好的性质:偏振性 。 所以你可以想象这是带着3D眼镜的双缝干涉实验-------双缝干涉3D版!
理解这个实验还有一个重要的预备知识:量子纠缠态 。 这里不详细解释了 , 总之你需要知道 , 处于纠缠态的一对粒子 , 只要测量了其中的一个 , 另外一个粒子的状态也就是确定的 , 不需要测量我们也知道它的状态 。 就好比你只有2只袜子:红袜子和绿袜子 。 在观测之前 , 你每只脚上的袜子都处于“薛定谔猫”的混合状态 , 但是我观察了你的一只脚 , 这只脚的袜子状态就坍缩为单一的颜色:要么绿 , 要么红;但与此同时 , 另外一只脚的袜子颜色也混合状态也同时坍缩了 , 虽然我没有直接观察它 。
试验中 , 光子的偏振性有四种:水平、垂直、顺时针、逆时针;
下面就是3D眼镜啦!四分之一波长片:
3D眼镜的功能如下图所示:垂直的通过红色片变成了顺时针 , 水平的通过红色片变成了逆时针;绿色功能相反 。
现在 , 我们的光子发射枪要开始试验了 。 它通过一种叫做下转换(down-conversion)的方式 , 一次发射两枚处于纠缠态的光子:光子A进入我的探测光子偏振性的探测仪 , 假如说叫做M1 , 光子B进入双缝干涉试验装备 , 最终落到挡板上 , 挡板后面有个偏振性探测仪 , 假如叫M2.
嘻嘻 , 不过是带上3D眼镜的双缝干涉实验!
带上3D眼镜后 , 光子通过眼镜的偏振性改变了 , 但是并不会改变试验结果的干涉条纹
推荐阅读
- 为什么越来越多人,不相信量子力学呢?
- 93岁妈妈偷偷给女婿洗袜子,被女儿发现后妈妈表情亮了
- “元宇宙”赋予城市无限发展势能、无限发展动能(系列35
- 量子力学中最神奇的实验,双缝实验为什么让科学家感到不安?
- 网友发现基因变异猩猩,手指已进化成和我们一样,引科学家热议
- 爱因斯坦的理论得到证实,“灵魂”被拍到,神秘而又玄乎的量子!
- 《星际重生》影评:从世界观拓展到宇宙观
- 平行宇宙真的存在吗?80多年前,1只猫给出了答案
- 尤金:埋在月球上的人。
- 物理学家观察超冷原子形成量子龙卷风晶体