为什么人们总是对细思极恐的“双缝干涉实验”感到十分畏惧,这项物理实验究竟蕴藏了什么秘密令人如此不寒而栗?难道诡异的电子双缝干涉实验有着恐怖片一般的观影感受?实际上,双缝干涉实验之所以令人感到恐怖是因为这项实验颠覆了数千年以来,人类对客观世界的主流认知,简单来说就是,当人类在认识世界、改造世界的的过程中,人们的意识决定着客观对象的呈现形式,这一结论是不是十分的雷人呢?
为什么双缝实验最可怕
在经典科学的认识论与方法论中,人们再一次强调认识活动中主体与客体的分离关系,并指出客体独立于主体,主体的认识活动甚至无法对客体产生任何影响,千百年以来,这些原则也成为了人类的认识活动的基本原则,后来,还在牛顿等人的推动下不断“大放异彩”,甚至无法撼动,随着人类对世界基本认识的不断深入、不断扩展,当人们成功的打开了亚原子的大门时,也将一个惊人的秘密揭示,也就是极具里程碑意义的电子双缝干涉实验,1801年,英国科学家托马斯扬的光干涉实验研究,为人类抛下了一个问题,即光的本质为何物,是粒子还是波?
物理学者们为此展开了争论,然而,他们的探讨仅仅局限于经典物理范畴,1961年,蒂宾根大学的克劳斯约恩松突发奇想后,利用电子进行了意义非凡的双缝干涉实验,从而使得量子领域的潘多拉魔盒释出了洪荒之力,17世纪,几何光学之父牛顿建立了经典力学,他认为光是由不计其数个微小粒子组成的粒子流,也就是人们有所耳闻的光的粒子说,这一理论也合理的解释了光的折射、反射等现象,从而导致随后的100多年里,光的粒子说成为了光的正统学说,直到1801年,托马斯杨完成了光的双缝干涉实验,并在实验中证实了光是波,因为干涉仅仅是波的特征,从而导致光的波动说成功的取代了光的粒子说的地位。
100多年以后,人们在光的波动说中探索到了部分无法解释的神秘现象,例如黑体辐射、光电效应等,从而导致爱因斯坦、普朗克等物理学家再次将光的粒子说搬回科学的舞台,幸运的是,随着量子力学的发展,人类首次指出光的波粒二象性,美国著名理论物理学家费恩曼曾说,双缝干涉是量子力学的核心实验,它甚至包含了量子力学最深刻的奥秘,后来人类在经典力学的光的波动学说中逐渐懂得,双缝干涉现象实际上只是对光的波动进行了解释,甚至不足为奇。
有趣的是,双缝干涉在量子力学中,则显得十分烧脑,它带来的诸多问题,就连科学家们也表示没有头绪,量子力学认为双缝干涉实验中,光是由一份一份的光量子构成,每一份的能量大小为E=hv,h记为普朗克常数,v则是光子的频率,双缝干涉实验是指,当一束单色光穿过很窄的单缝后再次穿过双缝时,便会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹,这项实验的神奇之处在于,当人类一个一个的发射光子时,也能够得到干涉条纹,当人们将光子置换为电子、分子时,也依然得到了干涉条纹,该实验现象表明了一个事实,即单个粒子在同一时间内同时通过了双缝,这一现象相当于单个粒子被一分为二后通过了双缝,干涉期间,它们将再次组成一个粒子落到屏幕上。
然而,这还不算什么,惊人的是,当人类试图探测粒子究竟穿过了哪条缝时,例如在双缝处安置探测器等行为,人们会发现,实验中的干涉条纹竟会立即消失的无影无踪,也令科学家们感到十分费解,因为人类怎么也想不到,观察实验的过程与否竟会影响实验的结果,爱因斯坦对此表示,难道你不观察月亮的时候,月亮就不存在了吗?
为什么说“双缝干涉实验”可怕,它到底蕴含着怎样的秘密?
当不计其数的顶级物理学家对量子力学的双缝实验现象进行全面的猜想时,他们最终找到了合理的解释,并将实验进行延伸,引出了薛定谔的猫、延迟选择量子擦除实验等,也让人类逐渐懂得薛定谔的猫这一思想实验中,猫死与猫活对应了双缝干涉实验中的两条缝,两项实验的本质相同,当人类决断出双缝干涉实验时,也梳理清楚了既死又活的猫,如此看来,人的意识决定着电子的行为,这也是电子双缝干涉实验给予人类的答复,这项实验也一举拿下了令人头皮发麻的十大物理实验的首榜,至此,你还天真的认为鬼魂仅是迷信吗?感谢观看本期,我们下期再见。
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