双缝干涉实验很恐怖,为什么有这种说法?该实验到底恐怖在哪里?( 二 )



对于光子或电子这样的量子实体 , 它们虽然也是单个粒子 , 但如果将它们通过双缝射出一个光子时会发生什么呢?
光子在实验中出现的条纹干涉图案表明 , 单个光子的行为就像通过了两个缝隙一样 , 这使它的表现是一个波 。

如果在狭缝前设置一个检测器 , 它可以观察光子并在检测光子通过时亮起 , 检测器会在检测时有50%的时间点亮 。
此时屏幕上留下的图案会发生变化 , 它看上去就像两道光杠 。
如果在墙后面设置探测器 , 旨在光子穿过狭缝后才进行检测 , 便会得到相同的结果 。
这意味着即使光子会以波的形式通过两个缝隙 , 一旦被检测到 , 它就不再是波而是粒子状态 。

不仅如此 , 从另一个缝隙出现的第二波也会坍缩回去 , 通过另一个缝隙检测到粒子 。
相关的实践表明 , 通过双缝隙射出的单个光子越多 , 探测器在50%的时间里越接近探测到光子 。
这就好比抛硬币会随着抛投次数越多 , 正反面的概率会越接近50% 。
这似乎说明 , 宇宙以某种方式同样在观察实验者 , 双缝中的实体量子态也受概率定律支配 , 因此科学家们无法确定一个物体的量子态是什么 。

显然 , 波和粒子产生了截然不同的模式 , 它们本应该很容易地被区分 。
可一旦进入量子力学领域 , 事情便会出现这种诡异的情况 。
原子尺度上 , 如果我们进行单缝实验 , 并将光子发射到传感器屏幕上 。
光子会在屏幕上显示为一个点 , 这时我们可以认为光子是粒子 。

可一旦打开两个狭缝 , 就会出现干涉 。
如果单个地发射光子 , 如果它们没有机会互相干扰 , 那它们会表现得像粒子还是波呢?
二重奏
这便是双缝实验最恐怖的地方 , 起初光子会以随机散射的方式出现在屏幕上 。
但随着光子越来越多 , 干涉图案开始出现 , 每个光子本身都会对整体波状造成影响 。
按理来讲 , 一次发射一个光子 , 它们之间不应该出现干涉才对 。

缝隙、光子、探测器都是相同的情况下 , 探测器关闭后 , 粒子状图案便不会出现 。
此时 , 粒子的表现会再次在屏幕上形成波状的干涉图案 。
当我们不去观测它的时候 , 它是波 , 当我们观测它的时候 , 它是粒子 。

光子似乎知道它们处于波态中会去向哪里 , 就像影院中观众没有分配座位就出现了 , 但每个人却又知道自己该坐哪里 。
粒子的所有可能路径都可以相互干扰 , 即使实际存在的路径只有一条 , 所有现实同时存在 , 直到最终结果出现 。 (这类似于叠加态概念)
双缝实验在哥本哈根解释中 , 玻尔和海森堡为其提供了一种看法 。
但两人关于量子力学的看法并不统一 , 玻尔提供了一种独立于主观观察者或测量的解释崩溃 , 它依赖于一个“不可逆”过程 , 并可能发生在量子系统中 。

海森堡则强调观察者和被观察者之间的“切割” , 两者无法真正观测到彼此 。
另一个重要问题便是波粒二象性 , 两人的看法在实验本身和数学定义种出现了分歧 。
哥本哈根解释否认了波函数提供了普通物质体的直接可理解的图像 , 或某些此类物质的可辩别成分 。
从波函数来看 , 它是一个数学实体 , 它为系统上每个可能测量的结果提供概率分布 。
而量子态的知识还有系统随时间演化的规则 , 含进了所有可预测的系统行为 。

也就是说 , 观测和测量物体的行为不可逆 , 除非根据物体的测量结果 , 否则不能将任何真理归因于物体 。
双缝实验的观测和结果可以同时存在 , 观测本身就会导致粒子发生变化 , 从而影响结果 。
换位到哲学中 , 选择意识是否还具备重要性 , 结果是否重要 。
【双缝干涉实验很恐怖,为什么有这种说法?该实验到底恐怖在哪里?】如果说意识会影响结果 , 可结果在一开始就被定下 , 那选择是否还有意义?这便是量子力学在今天给人们带来的思考 。

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