為什麼當年雙縫干涉延遲實驗讓科學家感到恐怖?

蒲公英的約定數


答:算不上恐怖,但是這個實驗很神秘。雙縫實驗是英國科學家托馬斯·楊在1807年提出的,該實驗證明了光波動性;到了20世紀初,量子力學的出現,給雙縫實驗增加了新的解釋。


光的歷史

牛頓是光學的鼻祖人物,在17世紀建立經典力學,認為光是由許多微小粒子組成的粒子流,也就是“光的粒子學說”,該理論成功解釋了光的折射、反射等等現象,在後來的100多年時間裡,粒子學說一直被視為光的正統學說。

直到1807年,英國科學家托馬斯·楊發現了光的雙縫干涉實驗,這一實驗證明光是波而非粒子,因為干涉是波的特徵,從此,光的波動學說逐漸代替粒子學說成為正統。

又過了100多年,光的波動學說遇到一些無法解釋的現象,比如黑體輻射、光電效應等等,然後普朗克、愛因斯坦等人,再次把光的粒子學說搬上科學舞臺。

隨著量子力學的發展,科學家提出了光的波粒二象性,大物理學家費恩曼曾說過:“雙縫干涉是量子力學的核心實驗,其中包含了量子力學最深刻的奧秘。”


雙縫干涉

在經典力學的波動學說中,雙縫干涉就是對光的波動解釋,並沒有神秘的地方;但是在量子力學中,雙縫干涉就沒那麼容易解釋了,其中有很多地方,科學家到現在都沒有弄清楚。

對於該實驗,首先量子力學認為,光是由一份一份的光量子組成,每份的能量大小為E=hυ,其中h為普朗克常數,υ為光子的頻率。

一束單色光穿過狹窄的單縫後再次穿過雙縫,就會在雙縫後面的屏幕上產生干涉條紋;該實驗的神秘之處在於,如果我們一個一個地發射光子,也能得到干涉條紋,甚至我們把光子換成電子,甚至是分子,也能得到干涉條紋。

如果從粒子的角度看,粒子穿過單縫後,再次穿過雙縫時只有兩個選擇,應該在屏幕上得到兩條亮紋;可事實是得到了多條明暗相間的干涉條紋,說明單個粒子在該實驗中能進行自我干涉。

換句話說,單個粒子不是通過了一條縫,而是同時通過了兩條縫;你沒聽錯,是單個粒子在同一時間,同時通過了雙縫,就好似單個粒子一分為二後通過了雙縫,然後再進行干涉組成一個粒子落到屏幕上。

該實驗的神秘之處還在於,一旦我們試圖探測粒子到底穿過了哪條縫,比如在雙縫處加上探測器,那麼幹涉條紋會立刻消失,就好像粒子知道你對它進行觀測了一般。


實驗過程的觀察與否,居然會影響到實驗結果,這是非常令人費解的;當初愛因斯坦還對量子力學嘲笑到:難道在你不觀察時,月亮就不存在!

這個解釋讓人非常難以接受,但這正是量子力學對雙縫實驗的詮釋,無數頂尖級的物理學家,都試想過你能想到的任何可能,最後都認為這個解釋是最合理的。

該實驗經過延伸,還引出薛定諤的貓、量子延遲選擇實驗等等;比如在薛定諤的貓中,貓死與貓活,對應的就是雙縫干涉實驗中的兩條縫,兩個實驗本質上是一樣的,如果解決了雙縫干涉實驗,也就解決了那隻半死不活的貓。


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艾伯史密斯


為什麼有人說雙縫干涉延遲實驗的結果很恐怖?一個實驗有何好怕的雙縫干涉延遲實驗之所以恐怖,是因為這個實驗的結果,是取決於人們觀察還是不觀察!你去觀察它,就是粒子,你不觀察,它就是波!很容易讓人們相信:世界是由意識決定的! 就像我小時候經常喜歡奇思幻想,每次進洗澡房關上門,就覺得門外是深山野林,開門後它就是我家……

下面我們將分三個階段來揭秘這個神奇的實驗: 第一階段,雙縫干涉:很早以前,人們就發現了雙縫干涉,並分析了它的實驗結論。單色平行光通過一條單縫,當它通過雙縫之後,雙縫就變成互相干涉的兩個光源,它們的干涉結果會在屏幕上顯示出來。這是怎麼產生的呢?唯一的解釋就是,光有波的特性,兩列相同的波,因為互相干涉,在波峰和波峰疊加、波谷和波谷疊加的地方產生“亮條紋”,在波峰和波谷相互抵消的地方產生“暗條紋” 第二階段,粒子,以上看起來沒什麼出奇的,但是,當人們發現了光子,神奇的事發生了!科學家發現了光子後,再次研究起了雙縫干涉實驗。

這一次,他們不再發射一束單色平行光,而是每次發射一個光子。一個光子沒什麼意義,他們發射了成千上萬次,並把每次光子的落點位置都記錄下來。奇蹟發生了! 單個光子發射了多次並記錄下落點位置之後,在屏幕上仍然出現“平行等間距的明暗條紋”。一個一個光子發射,又沒有其他干涉,怎麼會有條紋呢?

科學家們繼續往下探索,更神奇的事發生了!科學家想觀察光子是怎麼運動的,就用另一種設備來實驗,以確定光子是怎麼通過縫的。這時候,屏幕上不再出現平行等間距的明暗條紋了!似乎光子知道自己被觀察了,只要有人觀察它的運動,它就像粒子一樣運動,徑直地打在屏幕上。

第三階段,雙縫干涉延遲實驗,後來,隨著科技的進步,人們有了更先進的實驗設備。有人提出,如果等光子通過了雙縫,再用高速攝像機觀察,結果將會是怎樣?有人做到了,結果是就算是等光子通過了雙縫,再去觀察,屏幕上的明暗條紋仍然會消失。如果把高速攝像機拿開,屏幕上就出現明暗條紋。

只要有人觀察,它就是粒子,不觀察它就有波的特性。 物理學家波爾曾說,光子具有波粒二相性,但它們不可能同時擁有這兩種特性,只能在特定時候擁有其中一種特性。至於是哪種特性,竟是基於人們是否觀察它!波爾還得出結論,世界是由意識決定的。

科幻小說《三體》裡,地球的科學被鎖死,是因為三體星人派來的有自我意識的智子,擾亂粒子對撞實驗,使得物理研究無法取得突破。不禁讓人聯想,是否有高級文明,藏在光子裡,影響雙縫干涉實驗的結果?雙縫干涉延遲實驗的結果雖然讓人匪夷所思,但我們還是得相信科學。科學界裡還有很多類似的不解之謎,之所以未解,是因為當前的條件還不足以從更深層次去觀察。清楚自己的極限,這是真科學。


小仙女家的鋒哥


雙縫干涉實驗,其實就是科學家們用來證明光有波動性的一個實驗。

就這麼一個簡簡單單的光學實驗,又不是搞核試驗,有啥好恐怖的?

但它的確是恐怖的,可以顛覆了科學家們的三觀!為什麼這麼說呢?

先來解釋下什麼是雙縫干涉實驗。簡單來說,光就像水波一樣,如下圖,當光線通過兩道縫隙後,就會在後面的背板上產生亮暗相間的干涉條紋。

具體的原因如下圖:跟所有波一樣,當光波波峰與波谷抵消,波峰與波峰,產生了干涉圖樣。所以,光有波的屬性。

後來,有科學家突發奇想,我如果把光子一個個發射出去,而不是一次性全撒出去,因為這樣光子間就不會再互相影響,從而就不會產生圖一的干涉圖樣呢?

但是,試驗很快打了他的臉,即便一個一個的發射,干涉圖樣還是出現了,就好像一個光子可以同時穿過兩條縫隙,進而自己對自己產生干涉一樣。

詭異!一時間,沒有人能解釋這一不可思議現象?

但更恐怖的還在後面。

後來有個叫梅里的科學家們說,你們呀,圖樣圖森破,裝個攝像機,記錄下粒子的運動軌跡不就行了。

但就因為加了個攝像機,更加可怕的事情發生了。

當他試圖用攝像機去觀察粒子的運動軌跡時,這些粒子一個個的就像有智慧一樣,彷彿知道有人在看它們的表演,於是它們立刻停止表演,牆上的干涉條紋消失了。

梅里有點不敢相信,這尼瑪不是扯嗎?我竟然被小小的粒子耍了。他一開始是拒絕相信的,但是經過無數次的驗證,他最終服了。

梅里向學界公開了這一讓人“毛骨悚然”的新發現:粒子的行為竟然是由人的意識所決定的。

到如今,仍然沒有人能給出板上釘釘的解釋,這也讓這一實驗登頂“二十一世紀初科學界評選的令人頭皮發炸的十大實驗”之首。

在小說《三體》中,三體人用一顆小小的智子就封鎖了地球人的科技,梅里的實驗不禁讓人想起了小說裡的科幻橋段。

微觀世界裡,藏著顛覆所有人三觀的秘密!

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科學重口味


用科學的方法解釋雙縫干涉實驗那來的詭異,稱詭異的人是別有用心。所謂單光子一個接一個連續地發射,通過雙縫應認為是能量的連續性,客觀上完全是一束不可見光子,發射時一旦見亮光已是億億個光子了。發射的光子與外界不可見光子同矢向時必然要建立運動體系,發射的和外界不可見的光子必然巳緊密地聯繫在一起了,打在屏幕上就不是一個光子的軌跡了,是多個光子的軌跡了,必有干涉條紋。除非雙縫干涉實驗光子通過的是真空管真空屏,真空管中不可見光子少。對於外界不可見光參與光束運動時由於數量少不明顯,沒多大的影響力;當連續發射數量多時外界就有數量上的影響力了。發射一束光子,不允許周圍的不可見光子參與運行是不科學的,連續發射不可見弱光甚至是一個接一個的光子,一旦和周圍不可見光子一起運行時,又是另一番景象了。實驗全過程中排除了不可見光的存在只能是想象的雙縫干涉實驗了。

觀測儀器具有吸引光子的特性,吸引範圍也包括不可見光在內。已發射的部分光和空間存在的不可見光子,與儀器有相互作用力存在,特別當觀測的儀器整體能量高於外界時,儀器攜帶的動能具有改變周邊光子運行軌跡的能力,光子距離遠一點時是吸引,距離近一點有動能,動能能改變軌跡矢向,此時光子通過雙縫並打到屏幕上時就是另一番情景了。觀測儀器一觀測想象地認為符合所謂的坍塌理論,得屏幕上沒條紋了,是不是想說明微觀光子成了有意識的粒子了,這是不可能的;光子有意識只符合想象,並可達到詭異的目的。

所謂實驗室做的單光子雙縫干涉實驗,認為單光子自巳和自巳干涉,巳違反了干涉定義,還稱為干涉嗎?!連單光子質量是多少,動能是多少不知,可把電子定為單光子也行,反正不需要標準量。世界科學界還不能分離出單光子,單光子不能使儀器反應,少光子儀器倒是可反應。儀器能測到一定數量的不可見光子,少於一定數量的不可見光儀器就無能為力了。手電筒光閃一下,可傳播上百米,隨著光子數量的減少,傳播距離也在減少,得一個光子計算的傳播的距離是納米級,出現干涉條紋客觀上巳成為不可能的了,連續發射時間隔是微小的。發射單光子所謂雙縫干涉實驗成立了是忽悠,能見光亮巳是上億億個光子了。說雙縫干涉實驗發射的是不可見的單光子純屬不懂科學;自己不懂,忽悠別人倒是行家裡手。



蘭天196926837


很多量子現象與人類的一般認知大相徑庭,例如,不確定性原理表明,粒子的位置和速度不可能被同時測量出來。而惠勒延遲選擇實驗更是詭異,這種現象似乎表明現在決定了過去,這與我們所知的因果律完全相反。

惠勒延遲選擇實驗其實是雙縫實驗的變形,而雙縫實驗本身就已經比較詭異了。如果讓光通過雙縫,那麼,在接收屏上將會獲得明暗相間的條紋。這很容易理解,因為光是一種波。

然而,如果把光子一個接一個的釋放出來,讓它們逐一穿過雙縫,結果還會出現一樣的干涉現象。根據量子力學的解釋,光子自身似乎發生了干涉,每個光子似乎同時穿過了兩條縫,光子仍然表現出波動性。

更讓人瞠目結舌的是,如果在雙縫旁邊裝上記錄器,用於觀測光子究竟是從哪條縫中穿過,結果乾涉條紋消失了!接收屏上只會留下兩條光路,它們是由光子穿過兩條縫時所產生的。在這種情況下,光子表現出了粒子性。因此,觀測行為改變了光子的行為。

而接下來要說的惠勒延遲選擇實驗就更讓人覺得真實的世界或許沒有那麼簡單。

如上圖所示,有一光源發出的光會經過一塊半透鏡,該半透鏡有一半的可能性讓光子發生反射,還有一半的可能性讓光子直接穿過。在反射和穿透的光路上各放置一塊全反射鏡A和B,使光子經過反射之後,兩條光路交匯到C點。在光路後方,各放置一塊接收器來觀測光子走了哪條路徑(AC或者BC)。顯然,光子走AC路徑和BC路徑的可能性都是一樣的,皆為50%。

如果在C點再放置一塊半透鏡,那麼,走BC路徑的光會發生干涉相消,而走AC路徑的光會發生干涉相長,所以最後只有AC路徑上的接收器會接收到光信號,而BC路徑上的接收器不會接收到光信號。這意味著光子同時走了兩條路徑,光子自身與自身發生了干涉,這個現象類似於上述的雙縫實驗。

但如果在光子經過第一塊半透鏡和全反射鏡之後,在C點放置一塊半透鏡,結果還是隻有一塊接收器能接收到光信號,這意味著放置第二塊半透鏡的行為改變了光子的最初所走路徑。也就是說,現在的行為改變了過去,這與因果律完全相悖,因果關係完全被顛倒來過。在惠勒提出延遲選擇實驗之後幾年,物理學家在實驗室中證實了惠勒的這個思想實驗。

從一系列“反常”的量子實驗可以看出,我們所知的“現實”或許不是這個世界的本質,宇宙中還存在著更為深刻的基礎規律有待我們去發現。只有揭開宇宙更深刻的本質,人類的文明才能獲得突破性的發展。


火星一號


埃隆馬斯克有次說:人類世界真實存在的幾率只有十億億分之一,更大的概率是我們只是某種高等生物模擬出來生存在計算機裡的產物。其思想來源就是當年的雙縫干涉實驗。

科學希望用科學的方法證明科學是存在的,但是雙縫干涉實驗的結果似乎讓科學的底線顛覆了,甚至某種程度上證明了神話宗教是正確的。雙縫干涉實驗是20世界令人頭皮發麻的十大實驗的第一名,其恐怖程度如果普及足以顛覆整個人類社會的認知——我們所處的世界是真實的嗎,難道真的是黑客帝國裡一樣的虛擬世界嗎?

只需要有高中物理知識,就能立刻看懂這個實驗。

雙縫實驗是20世界為了證明光是波還是粒子的一個實驗,叫托馬斯楊雙縫干涉實驗。雖然愛因斯坦提出了光具有波粒二象性。在實驗的時候,讓光子/電子穿過兩條縫隙,在屏幕上投射出來落點(熒光點);不論是一束電子還是把電子一個一個的投射出來,實驗結果都是如下圖所示:

粒子像波一樣也出現了干涉,他弄了一臺攝像機放在旁邊,來觀察電子怎麼通過這兩條縫的時候,驚人的一幕出現了:雙峰干涉條紋消失了,電子穿過兩條縫,在屏幕上投射出來的是兩個亮條紋。

也就是說,人的觀察影響了實驗結果。就好比說,生孩子的時候,你不看是男孩,因為你看了一眼生了一個女兒。

這個實驗結果,徹底震驚了當時的科學界。這就是量子世界裡的神奇特性——在觀察的那一刻,結果坍塌出來了,薛定諤的貓死了或者活了,而在沒有觀察的時候這個結果是不確定的。

像不像我們遊戲裡的設定,殺了劉備,關羽張飛立刻激活,自動把你作為仇敵,這就是遊戲規則的設定。


嘟嘟讀讀


物理學的雙縫干涉延遲現象最近被沒有搞懂該實驗原理的人拿到了網上,引起軒然大波。其實,這個實驗剛好證明了光的波粒二象性。

任何穿過兩相鄰狹縫的相干光,都會由於光波的衍射作用,產生干涉條紋。

如果將這兩束相干光分別投射到了兩個光粒子探測器上,本來相干的兩束光就都分別轉換成了便於計量的其它能量形式,而不再是相干光,因此衍射光柵消失。很正常!

因此,通過控制粒子探測器的工作開關,就可以控制衍射光柵的有無。

在這個實驗中,不用粒子探測器接收光粒子時,能夠看到的干涉條紋,說明光具有波動性;光能夠被粒子探測器所接收,說明光還具有粒子性;粒子被接收後干涉條紋消失,說明光的粒子性和光的波動性是一個不可分割的整體,一旦粒子性消失(被接收並轉換成其它能量形式),其波動性也就同時消失了。


梁瑞林


雙縫干涉延遲實驗打破了物理學上的實在性,實驗的最終結果跟人的觀測行為扯上了聯繫,這難道還不夠恐怖嗎?這就是愛因斯坦所說的:上帝難道還擲骰子嗎?

第一階段:

早在17/18世紀物理學家堅信光是由一顆顆微小粒子構成,很多折射、反射現象用光的粒子說可以非常好的解釋,牛頓就是光的微粒說的支持者。在十九世紀初英國醫生、物理學家托馬斯·楊做了雙峰干涉實驗證明了光的波動性,這個實驗就是大家在高中物理課上學的也曾親手做過的實驗,這個實驗很常規也並不恐怖。

第二階段

楊氏雙峰干涉實驗的結果證明了光的波動性,讓之前一直深受推崇的光的“粒子說”式微,在1905年愛因斯坦一年間發表了五篇論文,其中兩篇大家都非常熟悉:狹義相對論和光電效應。因為光電效應愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學獎,至此光的粒子性重新被提了出來,同時也推動了量子力學的發展、

量子力學發展後大家認可了光是由一份份“粒子”構成的,可以被成為量子或者就直接成為光子。科學家想起了雙峰實驗,如果讓光子一個個通過雙峰,那麼是否就不會產生干涉條紋了,實驗的結果讓科學家大吃一驚,隨著光子的積累依然產生了干涉條紋。

後來量子力學的哥本哈根派對這個現象進行詮釋,認為單個光子甚至是電子同時經過雙峰,而不是通過左縫或者右縫,這就是不確定性原理量子的特有屬性。薛定諤提出“薛定諤的貓”思維實驗就是嘲諷根本哈根拍這一解釋。

後來更恐怖的事情發生了,如果裝置探測器來觀察光子到底是從那一條狹縫經過,光子產生的干涉條紋消失了,這就是認為觀測影響了實驗的最終結果。

第三階段

而雙峰干涉延遲實驗是雙峰干涉的升級版,是愛因斯坦的同事約翰·惠勒1979年為紀念愛因斯坦誕辰100周開的研討會上提出來的。基本思路和雙縫干涉實驗一樣,但是不同之處在於已知光子已經從這條路徑而來這是確定的結果,但是隻要一觀測光子就像受到驚嚇一樣干涉條紋消失了。這意味著我們可以在一件事情已經確定發生之後再去決定它是如何發生的,這難道不恐怖嗎?



科學黑洞


雙縫干涉延遲實驗不禁恐怖而且還很詭異,因為它的實驗結果如果是真的話。那麼就意味著我們關於時間的認知,甚至關於整個宇宙的認知都是錯誤的。並可以由此推出來一些列匪夷所思,讓人無法接受的結果。



因果律奔潰,歷史可以被現在改變?

雙縫干涉延遲實驗是干涉實驗的升級版本,其精髓之處就是把單個量子通過雙縫後把路徑分開,然後通過控制在顯示屏前方的測量裝置來控制量子的行為。該實驗認為即便量子已經選擇了確定的飛行路線,但是我們的觀測行為卻可以鬼使神差地對其路徑做出改變,這就意味著我們現在的行為改變了量子過去的行為,即現在可以改變過去。這一結果的得出直接導致了因果律的崩潰,要知道我們現實世界是講究有因才有果,過去已經發生不可改變,沒有後悔藥可吃的,但是這個實驗竟然告訴我們現在的某些行為竟然可以改變歷史!這讓我們情何以堪啊。



為了解決這個悖論,有人認為量子事件在沒有被記錄前,是不確定的,可以改變的;而只有被記錄的量子事件才是確定的,無法改變的。雙縫衍射延遲實驗中,量子未達到測量器之前的行為沒有被記錄,所以實際上它的路徑並不是確定的,而是像量子糾纏態那樣處於兩個路徑的疊加態,只有我們通過測量使其波函數坍塌之後,它的路徑才變得確定和唯一。這樣就可以避免“現在改變過去”這種違反因果律行為的發生。



世界之所以如此,竟然是意識參與的結果!

雖然上面關於雙縫衍射延遲實驗的解釋避免了因果律的崩潰,但是卻又導致了一個奇怪的結論:即記錄使量子事件變成確定事件,那麼記錄的本質就是意識參與,這就意味著意識參與了事件的形成。那麼我們的世界就是意識參與形成的結果,沒有意識參與的世界就是混沌一片的。如此來說,我們人類本身就參與了我們宇宙的形成,而宇宙之所以這樣,完全是因為我們觀察導致的!



有些激進的人甚至認為我們的宇宙根本就不是我們的意識導致的,很可能是某種未知的意識參與形成的。這樣的話,我們豈不是活在某種未知生命給我們構建的世界裡嗎?想想就覺得恐怖。



當然了,雙縫衍射延遲實驗只是思想實驗,之所以出現如此匪夷所思的結果,可能純粹是量子理論還有待完善。


科學探秘頻道


首先,沒有現存設備能精確發射單個光子。

其次。光的波動性是大量光子集體運動產生的行為特徵。單個光子不具有波動性特徵。

再者,雙縫延遲實驗明顯表現出,實驗結果是亮條紋還是干涉條紋,只與:

(1)是否安裝觀測設備,

(2)是否對稱安裝觀測設備,

(3)是否啟用觀測設備,

(4)實驗最終結束前一段時間,觀測設備是否處於啟動狀態,

有關。而且呈現可重複之客觀規律性!而與:

(1)是否有人肉眼觀測,

(2)是否有人使用觀測設備觀測,

(3)觀測人員內心希望實驗結果出現亮條紋、干涉條紋、格狀交叉條紋、菱狀交叉條紋、同心圓......

(4)是否有非人類動物肉眼觀測、使用設備觀測、內心希望,

均無關!人與生物之意識對實驗結果均無影響!

建議科學家們要重視邏輯學。

好好改進實驗設備、觀測技術吧!

不要再犯將自己的名字改為“科學”來壟斷學術話語權的錯誤了!


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