双缝干涉为什么不能用网球做实验


双缝干涉为什么不能用网球做实验


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双缝干涉为什么不能用网球做实验


我们知道自然界中最小的粒子会表现出一些非常奇怪的方式 , 这些粒子包括光子、电子、原子 , 甚至是一些分子 。 双缝实验表明 , 它们在不被测量时表现得像概率波 。 非常奇怪的是 , 在测量时 , 这些概率波会坍缩 , 从而变成不同的粒子 。 我们还从延迟选择量子擦除器等实验中看到 , 两个粒子可以纠缠在一起 , 这意味着即使粒子在时空中被分开 , 它们似乎也通过共享一个概率波以某种方式紧密相连 。
科学家们已经在大到包含数百个原子的分子中展示了量子行为 。 那么究竟多大的粒子可以仍然表现出量子行为?如果我把成千上万个网球扔进一个双缝里 , 后面有一个屏幕记录球击中屏幕时的位置 , 我会看到与电子或原子相同的结果吗?答案是当然不会 。

网球也是由大量原子所组成 , 为什么整体的行为却不像它所组成的单个粒子?要回答这个问题 , 我们必须了解一些量子力学的基础知识 。 让我们先看看光的双缝实验是如何工作的 。
原理通过两个狭缝照射单色光 , 当光线撞击屏幕时 , 我们会在另一侧看到干涉图案 。 因为随着波的传播 , 波峰相遇的地方会增强 , 而波峰碰到波谷的地方将抵消 。 这应该不是什么大秘密 , 也不是量子力学所独有 , 这只是波的属性 。 现在 , 如果我们降低光的强度 , 直到我们的光源一次只发射一个光子 。 理所当然的 , 我们认为这不应该创建一个波的模式!当我们一次拍摄一个光子时 , 它会在屏幕上形成一个点 。 但是如果发射足够多的光子 , 我们会发现这些光子共同形成了相同的干涉图案 。

因此 , 我们想知道光子在狭缝处发生了什么 , 所以在那里放置一个检测器来确定光子是通过狭缝1还是通过狭缝2 。 这是量子力学最令人吃惊的结果 , 因为当我们试图找出光子走哪条路径时 , 干涉图案消失了!光子现在似乎表现得像粒子而不是波 。 这其中发生什么了?让我们用哥本哈根解释的语言来谈谈 , 这是量子力学最被接受的解释之一 , 它是哥本哈根大学的尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡在1927年左右构想出来的 。

这种解释基本上说这些所谓的粒子根本不是粒子 , 它们同时处于多个状态 , 就像一波又一波的概率 , 只有当它们被测量时 , 波才会像粒子一样变得清晰 。 在概率波变成不同粒子的点称为概率波的“坍缩” 。 科学家们发现 , 在测量任何粒子的路径信息的任何时候 , 它的概率波都会坍缩 。 为了使粒子保持概率波 , 它们的路径信息必须绝对保密 。 如果在任何时候进行任何类型的测量 , 粒子都会变得清晰 , 并且不会表现出类似波的行为 。
在随后的几年中 , 电子、原子甚至多达 800个原子组成的分子也发现了同样的行为 。 如果测量它们的路径信息 , 则不会形成相同的干涉图案 , 并且会发生相同的崩溃 。 测量总是使波形坍缩 , 测量是对粒子所走路径的任何物理记录的形成 , 这与有意识的观察者无关 。
解释现在 , 如果我们用非常大的粒子来做这件事 , 比如沙粒或网球 , 我们会看到相同的模式吗?当然不会 。 我们只会在双缝的另一侧看到两条线 。 为什么我们看不到网球的这种行为?原因是大型物体几乎不可能在信息上与外界隔离 。
要想隔离网球 , 我们必须确保在宇宙中的任何地方都没有记录网球所遵循的路径 。 首先 , 我们必须去除实验中的所有空气和光子 。 如果一个光子或空气分子从网球上反弹 , 那么它就有可能记录了网球的路径 。 例如 , 如果光子从球上反射回来 , 那么这可能是一个测量值 , 因为光子的路径会改变 , 而光子的反弹路径已经记录了球的路径信息 。 潜在地 , 宇宙可以检查房间中所有光子的路径 , 找出它们如何受到网球路径的影响 , 并从这些信息中找出网球所走的路径 。

我们还需要将这个网球冷却到接近绝对零 , 因为具有任何温度的球都会由于称为“黑体辐射”的东西而发射光子 。 发射的光子将记录有关网球的信息 , 宇宙会检查房间中的光子 , 可以确定这个网球的路径 。 我们还不得不担心网球的引力 , 因为网球的这种引力会影响附近的原子 。 理论上 , 这可以让某人确定这个网球的路径 , 附近原子的运动也可以形成网球轨迹的记录 。

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