为什么当年双缝干涉延迟实验让科学家感到恐怖?

蒲公英的约定数


很多量子现象与人类的一般认知大相径庭,例如,不确定性原理表明,粒子的位置和速度不可能被同时测量出来。而惠勒延迟选择实验更是诡异,这种现象似乎表明现在决定了过去,这与我们所知的因果律完全相反。

惠勒延迟选择实验其实是双缝实验的变形,而双缝实验本身就已经比较诡异了。如果让光通过双缝,那么,在接收屏上将会获得明暗相间的条纹。这很容易理解,因为光是一种波。

然而,如果把光子一个接一个的释放出来,让它们逐一穿过双缝,结果还会出现一样的干涉现象。根据量子力学的解释,光子自身似乎发生了干涉,每个光子似乎同时穿过了两条缝,光子仍然表现出波动性。

更让人瞠目结舌的是,如果在双缝旁边装上记录器,用于观测光子究竟是从哪条缝中穿过,结果干涉条纹消失了!接收屏上只会留下两条光路,它们是由光子穿过两条缝时所产生的。在这种情况下,光子表现出了粒子性。因此,观测行为改变了光子的行为。

而接下来要说的惠勒延迟选择实验就更让人觉得真实的世界或许没有那么简单。

如上图所示,有一光源发出的光会经过一块半透镜,该半透镜有一半的可能性让光子发生反射,还有一半的可能性让光子直接穿过。在反射和穿透的光路上各放置一块全反射镜A和B,使光子经过反射之后,两条光路交汇到C点。在光路后方,各放置一块接收器来观测光子走了哪条路径(AC或者BC)。显然,光子走AC路径和BC路径的可能性都是一样的,皆为50%。

如果在C点再放置一块半透镜,那么,走BC路径的光会发生干涉相消,而走AC路径的光会发生干涉相长,所以最后只有AC路径上的接收器会接收到光信号,而BC路径上的接收器不会接收到光信号。这意味着光子同时走了两条路径,光子自身与自身发生了干涉,这个现象类似于上述的双缝实验。

但如果在光子经过第一块半透镜和全反射镜之后,在C点放置一块半透镜,结果还是只有一块接收器能接收到光信号,这意味着放置第二块半透镜的行为改变了光子的最初所走路径。也就是说,现在的行为改变了过去,这与因果律完全相悖,因果关系完全被颠倒来过。在惠勒提出延迟选择实验之后几年,物理学家在实验室中证实了惠勒的这个思想实验。

从一系列“反常”的量子实验可以看出,我们所知的“现实”或许不是这个世界的本质,宇宙中还存在着更为深刻的基础规律有待我们去发现。只有揭开宇宙更深刻的本质,人类的文明才能获得突破性的发展。


火星一号


答:算不上恐怖,但是这个实验很神秘。双缝实验是英国科学家托马斯·杨在1807年提出的,该实验证明了光波动性;到了20世纪初,量子力学的出现,给双缝实验增加了新的解释。


光的历史

牛顿是光学的鼻祖人物,在17世纪建立经典力学,认为光是由许多微小粒子组成的粒子流,也就是“光的粒子学说”,该理论成功解释了光的折射、反射等等现象,在后来的100多年时间里,粒子学说一直被视为光的正统学说。

直到1807年,英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验,这一实验证明光是波而非粒子,因为干涉是波的特征,从此,光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。

又过了100多年,光的波动学说遇到一些无法解释的现象,比如黑体辐射、光电效应等等,然后普朗克、爱因斯坦等人,再次把光的粒子学说搬上科学舞台。

随着量子力学的发展,科学家提出了光的波粒二象性,大物理学家费恩曼曾说过:“双缝干涉是量子力学的核心实验,其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”


双缝干涉

在经典力学的波动学说中,双缝干涉就是对光的波动解释,并没有神秘的地方;但是在量子力学中,双缝干涉就没那么容易解释了,其中有很多地方,科学家到现在都没有弄清楚。

对于该实验,首先量子力学认为,光是由一份一份的光量子组成,每份的能量大小为E=hυ,其中h为普朗克常数,υ为光子的频率。

一束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝,就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹;该实验的神秘之处在于,如果我们一个一个地发射光子,也能得到干涉条纹,甚至我们把光子换成电子,甚至是分子,也能得到干涉条纹。

如果从粒子的角度看,粒子穿过单缝后,再次穿过双缝时只有两个选择,应该在屏幕上得到两条亮纹;可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹,说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。

换句话说,单个粒子不是通过了一条缝,而是同时通过了两条缝;你没听错,是单个粒子在同一时间,同时通过了双缝,就好似单个粒子一分为二后通过了双缝,然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。

该实验的神秘之处还在于,一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝,比如在双缝处加上探测器,那么干涉条纹会立刻消失,就好像粒子知道你对它进行观测了一般。


实验过程的观察与否,居然会影响到实验结果,这是非常令人费解的;当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到:难道在你不观察时,月亮就不存在!

这个解释让人非常难以接受,但这正是量子力学对双缝实验的诠释,无数顶尖级的物理学家,都试想过你能想到的任何可能,最后都认为这个解释是最合理的。

该实验经过延伸,还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等;比如在薛定谔的猫中,猫死与猫活,对应的就是双缝干涉实验中的两条缝,两个实验本质上是一样的,如果解决了双缝干涉实验,也就解决了那只半死不活的猫。


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艾伯史密斯


为什么有人说双缝干涉延迟实验的结果很恐怖?一个实验有何好怕的双缝干涉延迟实验之所以恐怖,是因为这个实验的结果,是取决于人们观察还是不观察!你去观察它,就是粒子,你不观察,它就是波!很容易让人们相信:世界是由意识决定的! 就像我小时候经常喜欢奇思幻想,每次进洗澡房关上门,就觉得门外是深山野林,开门后它就是我家……

下面我们将分三个阶段来揭秘这个神奇的实验: 第一阶段,双缝干涉:很早以前,人们就发现了双缝干涉,并分析了它的实验结论。单色平行光通过一条单缝,当它通过双缝之后,双缝就变成互相干涉的两个光源,它们的干涉结果会在屏幕上显示出来。这是怎么产生的呢?唯一的解释就是,光有波的特性,两列相同的波,因为互相干涉,在波峰和波峰叠加、波谷和波谷叠加的地方产生“亮条纹”,在波峰和波谷相互抵消的地方产生“暗条纹” 第二阶段,粒子,以上看起来没什么出奇的,但是,当人们发现了光子,神奇的事发生了!科学家发现了光子后,再次研究起了双缝干涉实验。

这一次,他们不再发射一束单色平行光,而是每次发射一个光子。一个光子没什么意义,他们发射了成千上万次,并把每次光子的落点位置都记录下来。奇迹发生了! 单个光子发射了多次并记录下落点位置之后,在屏幕上仍然出现“平行等间距的明暗条纹”。一个一个光子发射,又没有其他干涉,怎么会有条纹呢?

科学家们继续往下探索,更神奇的事发生了!科学家想观察光子是怎么运动的,就用另一种设备来实验,以确定光子是怎么通过缝的。这时候,屏幕上不再出现平行等间距的明暗条纹了!似乎光子知道自己被观察了,只要有人观察它的运动,它就像粒子一样运动,径直地打在屏幕上。

第三阶段,双缝干涉延迟实验,后来,随着科技的进步,人们有了更先进的实验设备。有人提出,如果等光子通过了双缝,再用高速摄像机观察,结果将会是怎样?有人做到了,结果是就算是等光子通过了双缝,再去观察,屏幕上的明暗条纹仍然会消失。如果把高速摄像机拿开,屏幕上就出现明暗条纹。

只要有人观察,它就是粒子,不观察它就有波的特性。 物理学家波尔曾说,光子具有波粒二相性,但它们不可能同时拥有这两种特性,只能在特定时候拥有其中一种特性。至于是哪种特性,竟是基于人们是否观察它!波尔还得出结论,世界是由意识决定的。

科幻小说《三体》里,地球的科学被锁死,是因为三体星人派来的有自我意识的智子,扰乱粒子对撞实验,使得物理研究无法取得突破。不禁让人联想,是否有高级文明,藏在光子里,影响双缝干涉实验的结果?双缝干涉延迟实验的结果虽然让人匪夷所思,但我们还是得相信科学。科学界里还有很多类似的不解之谜,之所以未解,是因为当前的条件还不足以从更深层次去观察。清楚自己的极限,这是真科学。


小仙女家的锋哥


双缝干涉实验,其实就是科学家们用来证明光有波动性的一个实验。

就这么一个简简单单的光学实验,又不是搞核试验,有啥好恐怖的?

但它的确是恐怖的,可以颠覆了科学家们的三观!为什么这么说呢?

先来解释下什么是双缝干涉实验。简单来说,光就像水波一样,如下图,当光线通过两道缝隙后,就会在后面的背板上产生亮暗相间的干涉条纹。

具体的原因如下图:跟所有波一样,当光波波峰与波谷抵消,波峰与波峰,产生了干涉图样。所以,光有波的属性。

后来,有科学家突发奇想,我如果把光子一个个发射出去,而不是一次性全撒出去,因为这样光子间就不会再互相影响,从而就不会产生图一的干涉图样呢?

但是,试验很快打了他的脸,即便一个一个的发射,干涉图样还是出现了,就好像一个光子可以同时穿过两条缝隙,进而自己对自己产生干涉一样。

诡异!一时间,没有人能解释这一不可思议现象?

但更恐怖的还在后面。

后来有个叫梅里的科学家们说,你们呀,图样图森破,装个摄像机,记录下粒子的运动轨迹不就行了。

但就因为加了个摄像机,更加可怕的事情发生了。

当他试图用摄像机去观察粒子的运动轨迹时,这些粒子一个个的就像有智慧一样,仿佛知道有人在看它们的表演,于是它们立刻停止表演,墙上的干涉条纹消失了。

梅里有点不敢相信,这尼玛不是扯吗?我竟然被小小的粒子耍了。他一开始是拒绝相信的,但是经过无数次的验证,他最终服了。

梅里向学界公开了这一让人“毛骨悚然”的新发现:粒子的行为竟然是由人的意识所决定的。

到如今,仍然没有人能给出板上钉钉的解释,这也让这一实验登顶“二十一世纪初科学界评选的令人头皮发炸的十大实验”之首。

在小说《三体》中,三体人用一颗小小的智子就封锁了地球人的科技,梅里的实验不禁让人想起了小说里的科幻桥段。

微观世界里,藏着颠覆所有人三观的秘密!

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科学重口味


用科学的方法解释双缝干涉实验那来的诡异,称诡异的人是别有用心。所谓单光子一个接一个连续地发射,通过双缝应认为是能量的连续性,客观上完全是一束不可见光子,发射时一旦见亮光已是亿亿个光子了。发射的光子与外界不可见光子同矢向时必然要建立运动体系,发射的和外界不可见的光子必然巳紧密地联系在一起了,打在屏幕上就不是一个光子的轨迹了,是多个光子的轨迹了,必有干涉条纹。除非双缝干涉实验光子通过的是真空管真空屏,真空管中不可见光子少。对于外界不可见光参与光束运动时由于数量少不明显,没多大的影响力;当连续发射数量多时外界就有数量上的影响力了。发射一束光子,不允许周围的不可见光子参与运行是不科学的,连续发射不可见弱光甚至是一个接一个的光子,一旦和周围不可见光子一起运行时,又是另一番景象了。实验全过程中排除了不可见光的存在只能是想象的双缝干涉实验了。

观测仪器具有吸引光子的特性,吸引范围也包括不可见光在内。已发射的部分光和空间存在的不可见光子,与仪器有相互作用力存在,特别当观测的仪器整体能量高于外界时,仪器携带的动能具有改变周边光子运行轨迹的能力,光子距离远一点时是吸引,距离近一点有动能,动能能改变轨迹矢向,此时光子通过双缝并打到屏幕上时就是另一番情景了。观测仪器一观测想象地认为符合所谓的坍塌理论,得屏幕上没条纹了,是不是想说明微观光子成了有意识的粒子了,这是不可能的;光子有意识只符合想象,并可达到诡异的目的。

所谓实验室做的单光子双缝干涉实验,认为单光子自巳和自巳干涉,巳违反了干涉定义,还称为干涉吗?!连单光子质量是多少,动能是多少不知,可把电子定为单光子也行,反正不需要标准量。世界科学界还不能分离出单光子,单光子不能使仪器反应,少光子仪器倒是可反应。仪器能测到一定数量的不可见光子,少于一定数量的不可见光仪器就无能为力了。手电筒光闪一下,可传播上百米,随着光子数量的减少,传播距离也在减少,得一个光子计算的传播的距离是纳米级,出现干涉条纹客观上巳成为不可能的了,连续发射时间隔是微小的。发射单光子所谓双缝干涉实验成立了是忽悠,能见光亮巳是上亿亿个光子了。说双缝干涉实验发射的是不可见的单光子纯属不懂科学;自己不懂,忽悠别人倒是行家里手。



兰天196926837


埃隆马斯克有次说:人类世界真实存在的几率只有十亿亿分之一,更大的概率是我们只是某种高等生物模拟出来生存在计算机里的产物。其思想来源就是当年的双缝干涉实验。

科学希望用科学的方法证明科学是存在的,但是双缝干涉实验的结果似乎让科学的底线颠覆了,甚至某种程度上证明了神话宗教是正确的。双缝干涉实验是20世界令人头皮发麻的十大实验的第一名,其恐怖程度如果普及足以颠覆整个人类社会的认知——我们所处的世界是真实的吗,难道真的是黑客帝国里一样的虚拟世界吗?

只需要有高中物理知识,就能立刻看懂这个实验。

双缝实验是20世界为了证明光是波还是粒子的一个实验,叫托马斯杨双缝干涉实验。虽然爱因斯坦提出了光具有波粒二象性。在实验的时候,让光子/电子穿过两条缝隙,在屏幕上投射出来落点(荧光点);不论是一束电子还是把电子一个一个的投射出来,实验结果都是如下图所示:

粒子像波一样也出现了干涉,他弄了一台摄像机放在旁边,来观察电子怎么通过这两条缝的时候,惊人的一幕出现了:双峰干涉条纹消失了,电子穿过两条缝,在屏幕上投射出来的是两个亮条纹。

也就是说,人的观察影响了实验结果。就好比说,生孩子的时候,你不看是男孩,因为你看了一眼生了一个女儿。

这个实验结果,彻底震惊了当时的科学界。这就是量子世界里的神奇特性——在观察的那一刻,结果坍塌出来了,薛定谔的猫死了或者活了,而在没有观察的时候这个结果是不确定的。

像不像我们游戏里的设定,杀了刘备,关羽张飞立刻激活,自动把你作为仇敌,这就是游戏规则的设定。


嘟嘟读读


物理学的双缝干涉延迟现象最近被没有搞懂该实验原理的人拿到了网上,引起轩然大波。其实,这个实验刚好证明了光的波粒二象性。

任何穿过两相邻狭缝的相干光,都会由于光波的衍射作用,产生干涉条纹。

如果将这两束相干光分别投射到了两个光粒子探测器上,本来相干的两束光就都分别转换成了便于计量的其它能量形式,而不再是相干光,因此衍射光栅消失。很正常!

因此,通过控制粒子探测器的工作开关,就可以控制衍射光栅的有无。

在这个实验中,不用粒子探测器接收光粒子时,能够看到的干涉条纹,说明光具有波动性;光能够被粒子探测器所接收,说明光还具有粒子性;粒子被接收后干涉条纹消失,说明光的粒子性和光的波动性是一个不可分割的整体,一旦粒子性消失(被接收并转换成其它能量形式),其波动性也就同时消失了。


梁瑞林


双缝干涉延迟实验打破了物理学上的实在性,实验的最终结果跟人的观测行为扯上了联系,这难道还不够恐怖吗?这就是爱因斯坦所说的:上帝难道还掷骰子吗?

第一阶段:

早在17/18世纪物理学家坚信光是由一颗颗微小粒子构成,很多折射、反射现象用光的粒子说可以非常好的解释,牛顿就是光的微粒说的支持者。在十九世纪初英国医生、物理学家托马斯·杨做了双峰干涉实验证明了光的波动性,这个实验就是大家在高中物理课上学的也曾亲手做过的实验,这个实验很常规也并不恐怖。

第二阶段

杨氏双峰干涉实验的结果证明了光的波动性,让之前一直深受推崇的光的“粒子说”式微,在1905年爱因斯坦一年间发表了五篇论文,其中两篇大家都非常熟悉:狭义相对论和光电效应。因为光电效应爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖,至此光的粒子性重新被提了出来,同时也推动了量子力学的发展、

量子力学发展后大家认可了光是由一份份“粒子”构成的,可以被成为量子或者就直接成为光子。科学家想起了双峰实验,如果让光子一个个通过双峰,那么是否就不会产生干涉条纹了,实验的结果让科学家大吃一惊,随着光子的积累依然产生了干涉条纹。

后来量子力学的哥本哈根派对这个现象进行诠释,认为单个光子甚至是电子同时经过双峰,而不是通过左缝或者右缝,这就是不确定性原理量子的特有属性。薛定谔提出“薛定谔的猫”思维实验就是嘲讽根本哈根拍这一解释。

后来更恐怖的事情发生了,如果装置探测器来观察光子到底是从那一条狭缝经过,光子产生的干涉条纹消失了,这就是认为观测影响了实验的最终结果。

第三阶段

而双峰干涉延迟实验是双峰干涉的升级版,是爱因斯坦的同事约翰·惠勒1979年为纪念爱因斯坦诞辰100周开的研讨会上提出来的。基本思路和双缝干涉实验一样,但是不同之处在于已知光子已经从这条路径而来这是确定的结果,但是只要一观测光子就像受到惊吓一样干涉条纹消失了。这意味着我们可以在一件事情已经确定发生之后再去决定它是如何发生的,这难道不恐怖吗?



科学黑洞


双缝干涉延迟实验不禁恐怖而且还很诡异,因为它的实验结果如果是真的话。那么就意味着我们关于时间的认知,甚至关于整个宇宙的认知都是错误的。并可以由此推出来一些列匪夷所思,让人无法接受的结果。



因果律奔溃,历史可以被现在改变?

双缝干涉延迟实验是干涉实验的升级版本,其精髓之处就是把单个量子通过双缝后把路径分开,然后通过控制在显示屏前方的测量装置来控制量子的行为。该实验认为即便量子已经选择了确定的飞行路线,但是我们的观测行为却可以鬼使神差地对其路径做出改变,这就意味着我们现在的行为改变了量子过去的行为,即现在可以改变过去。这一结果的得出直接导致了因果律的崩溃,要知道我们现实世界是讲究有因才有果,过去已经发生不可改变,没有后悔药可吃的,但是这个实验竟然告诉我们现在的某些行为竟然可以改变历史!这让我们情何以堪啊。



为了解决这个悖论,有人认为量子事件在没有被记录前,是不确定的,可以改变的;而只有被记录的量子事件才是确定的,无法改变的。双缝衍射延迟实验中,量子未达到测量器之前的行为没有被记录,所以实际上它的路径并不是确定的,而是像量子纠缠态那样处于两个路径的叠加态,只有我们通过测量使其波函数坍塌之后,它的路径才变得确定和唯一。这样就可以避免“现在改变过去”这种违反因果律行为的发生。



世界之所以如此,竟然是意识参与的结果!

虽然上面关于双缝衍射延迟实验的解释避免了因果律的崩溃,但是却又导致了一个奇怪的结论:即记录使量子事件变成确定事件,那么记录的本质就是意识参与,这就意味着意识参与了事件的形成。那么我们的世界就是意识参与形成的结果,没有意识参与的世界就是混沌一片的。如此来说,我们人类本身就参与了我们宇宙的形成,而宇宙之所以这样,完全是因为我们观察导致的!



有些激进的人甚至认为我们的宇宙根本就不是我们的意识导致的,很可能是某种未知的意识参与形成的。这样的话,我们岂不是活在某种未知生命给我们构建的世界里吗?想想就觉得恐怖。



当然了,双缝衍射延迟实验只是思想实验,之所以出现如此匪夷所思的结果,可能纯粹是量子理论还有待完善。


科学探秘频道


首先,没有现存设备能精确发射单个光子。

其次。光的波动性是大量光子集体运动产生的行为特征。单个光子不具有波动性特征。

再者,双缝延迟实验明显表现出,实验结果是亮条纹还是干涉条纹,只与:

(1)是否安装观测设备,

(2)是否对称安装观测设备,

(3)是否启用观测设备,

(4)实验最终结束前一段时间,观测设备是否处于启动状态,

有关。而且呈现可重复之客观规律性!而与:

(1)是否有人肉眼观测,

(2)是否有人使用观测设备观测,

(3)观测人员内心希望实验结果出现亮条纹、干涉条纹、格状交叉条纹、菱状交叉条纹、同心圆......

(4)是否有非人类动物肉眼观测、使用设备观测、内心希望,

均无关!人与生物之意识对实验结果均无影响!

建议科学家们要重视逻辑学。

好好改进实验设备、观测技术吧!

不要再犯将自己的名字改为“科学”来垄断学术话语权的错误了!


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