可能颠覆世界观的实验,这个世界是真实的吗?
20世纪初,物理学家们纠结了一个纠结了上百年的问题:光,是粒子还是波?
粒子派
所谓的粒子,就想象是一种光滑的球。
换个假设,就比如你往墙上开一枪,粒子就像子弹一样的快速向前,并在墙上留下了一个点。这个就是粒子。
这个粒子派,有着许多著名的科学家比如 牛顿、爱因斯坦、普朗克 等支持,也做过权威实验证明了光子拥有着粒子的特性。
电磁波派
那么波的话,想必知道蜻蜓点水,水面上荡起一阵阵的涟漪。或者说你喊一声,四面八方都可以听到你的声音,也是波。
当然,粒子解释不了的,比如说干涉、衍射之类的光学现象,电磁波就能很完美的解释。
这个电磁波派也有着著名科学家 杨、麦克斯韦、赫兹 等做过实验证明了光是一种电磁波。
自古以来,学派和学派总是要争斗不断的。
那来做个实验吧
于是做了一个实验,也就是 光子(之前是电子做的实验)双缝干涉实验 。
简单的说,双缝干涉就是在一块板上面开两个缝隙,用一个发射光子的枪,对着这个板发射,光子。观察后面形成的图形
如果是粒子的话,透过两个缝后那么后面形成的应该是——两条杆。
如果是波的话,透过两个缝隙后那么后面形成的应该是——干涉条纹"斑马线"。
结果 得到了干涉的"斑马线"。
那不是光子代表了是波了吗?那粒子派做了那么多研究实验证明的粒子特性怎么解释的呢? 粒子派总要提出怀疑,是不是一起发射光子,导致光子之间碰撞碰撞,于是实验结果不准确。
那就再做一次实验
那就是 一个一个的发射光子 ,这样就 不会相互干扰 了。
这样打了几个小时,结果还是形成了干涉条纹的"斑马线"。那说明光子就是波了吗?
但是这时候想了想, 为什么单个光子打过去,会变成干涉条纹?它和谁在干涉?不会是在缝前面突然分裂成两个光子,然后产生干涉吧。
第三个实验
再加一个 观察的 摄像头看看, 到底光子是从哪边的缝过去的 。
这时候 奇怪的是 ,后面形成的图像变成两条杆了。
也就是不观察它的时候,它是形成斑马线的图像,也就是波的特性。
观察它的时候,它是形成两条杆,也就是变成粒子特性。
什么鬼?再做一个实验看看
这时候做了第四次实验
我们来算好光子到达缝隙的时机,在 它穿过缝隙后 迅速的加上摄像头, 形成的是两条杆 。
反之在它穿过缝隙前加上了摄像头, 等它穿过缝隙 后,迅速的撤掉,那么形成的是 斑马线 。
注意的是 加不加摄像头,都是光子穿过缝隙了,既然已经穿过了,为什么结果还受观不观察影响?
实验虽然表明了光子确实既可以是波,也可以粒子,也就是 波粒二象性 。
但是恐怖的点是 :
为什么观察了改变实验结果?
难度光子知道自己将要被观察,根据结果选择怎么发生?
难道说未来可以改变过去?主观可以改变客观?
思考下,也许微观世界的物理法则,宏观世界解释不了。
三大量子世界的原则
这时候波尔总结了三大原则:
态叠加原理
没错,这个光子就是 自己和自己干涉 , 穿过两个缝的概率都是百分五十,那么就是两个缝都有可能存在光子穿过,并形成干涉。 就是这么奇妙。
测不准原理
叠加态是不可能精准测量的,受海森堡的启发总结。人 为什么能看到观察结果?本质上是因为被观察物质反射了光子到我们的视网膜上成像 。光子也是量子, 一旦测准了被观察物质的位置,它的运动轨迹就会发生改变,即观察行为干扰了物质的运动 。
观察者原理
虽然一切事物 都是叠加态的 ,但是我们看不到又白又黑,又生又死的状态,只要观察了,就必然看到结果, 这个结果的呈现是随机的,它主要是看哪个态占比更大 。
所以给双缝干涉实验解释
没有加摄像头,那么光子从两个缝之中穿过的概率都是百分五十,那么就形成了干涉条纹。
加了摄像头,被观察到的瞬间,光子坍塌只能呈现一个态,就不能同时穿过双缝了,所以就变成两个杆了。
有着N多前女友的薛定谔表示不服并抱出他的猫,当然这就是后事的了。
物理学一直发展,量子力学反直观,有点毁三观。但是目前这样理解微观,从未出错。实在太优美了。
但是就目前而言,学界应该是没有什么共识的。大家开脑洞,但是也要保持自我清晰。