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近年来 , 理查德·费恩曼被认为是继爱因斯坦后 , 最伟大的物理学家之一 。 费恩曼可以说 , 完全接受了量子力学的概率论核心 。 但在二战后的几年里 , 他提出了一种新方法来思考这个理论 。
从数值的预言角度看 , 费恩曼描绘的图景与以前的理论完全一致;但公式却大不相同 。 科学家将它放到电子双缝干涉实验中来看 。 电子双缝干涉实验的困惑在于:科学家原以为一个电子要么穿过左缝 , 要么穿过右缝 。
于是 , 猜测的结果是两条缝都会穿过 。 从一条缝穿过的电子 , 本来应该与另一条缝毫无关系 。 然而 , 它却似乎受到另一条缝的影响 。 (因此 , 这个实验才被称作双缝干涉实验 , 两条缝隙会产生互相的干涉作用)
结果表现的干涉模式说明:某些对两条缝都有 “ 感觉 ” 那些东西相遇、融合在一起 。 即使电子一个个地经过 , 结果依旧如此 。 为了解释它 , 薛定谔、德布罗意、玻恩等为每一个电子赋予一个概率波 。
电子的概率波像水波一样 , 看见两条缝 , 也像水波一样干涉、融合 。 波浪涌起的地方 , 便是概率波融合、增强的地方 , 也是电子最可能出现的地方 。
波动平缓的地方 , 是概率波融合、相消失的地方 , 也是电子几乎不会出现的地方 。 电子一个个打在荧屏上 , 按照这种概率波的形态分布 , 从而形成干涉图样 。
【量子力学本身就是荒唐的?费恩曼研究的路径求和法真的正确吗?】
不过 , 费恩曼的方法与众不同 。 传统观念认为 , 电子要么经过左缝 , 要么经过右缝 , 费恩曼却向它提出了挑战 。 可能有的读者会思考:这是事物活动的基本特性 , 向它挑战岂不是太天真了?
不过 , 小编想问大家:你真能看见缝与屏之间的事情 , 从而确定电子是从哪条缝穿过来的吗?是的 , 如果你能看见 , 这时你就是在挑战实验了 。 (我们需要一些特殊的办法 , 才能看到电子)
比如:我们用光照它——就是让光子从它身上反射回来 。 日常的生活中 , 光子从树木、图画等物体上反射回来 , 像感觉不到的微小探针 , 几乎不会给那些相对的庞然大物的运动状态带去任何影响 。
不过 , 电子是很小的东西;不论我们怎样小心翼翼去观察它从哪条缝进来 , 照在它上面的光子总会影响它以后的运动 , 而运动的改变将改变实验的结果 。
假如我们通过干扰实验决定电子来自哪条缝 , 实验结果便从双缝变成单缝!因为 , 量子世界保证 , 一旦确定了电子从哪条缝经过 , 两缝间的干涉现象也就消失了 。
尽管据大家的经历 , 一个电子似乎只应该通过一条缝;但费恩曼的挑战最终还是赢了——早在1928年 , 物理学家们就意识到 , 任何想证实量子世界的基本物理量的尝试 , 都会破坏实验的最终结果 。
费恩曼宣布 , 每个到达荧屏的电子实际上穿过了两条缝!这听起来似乎不可思议 , 但接下来还有更加神奇的事情发生 。 费恩曼认为:每一个电子 , 从源到荧屏上某一点 , 实际上同时经历了所有可能的路径(小编把其中的几条画在了下面) 。
根据费恩曼的量子力学形式 , 应该认为粒子在起点到终点间的每一条可能的路径上运动 , 图中是一个电子从源到荧屏的几条可能的路径
电子依次通过左缝 , 同时也依次通过右缝;它可能朝着左缝去 , 却突然在空中调头走向右缝;它可能前后犹豫 , 最后通过一条缝 。 总之 , 它就这样什么路都可能经历——在费恩曼看来 , 电子要同时去“发现”联结起点、终点的每一条可能的路径 。
费恩曼证明:他可以为每一条路径赋予一个数 , 这些数的联合平均将给出与波函数计算相同的概率结果 。 因此 , 在费恩曼的图景中 , 不需要为电子联系一个概率波 。
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