蘭天1969飛碟製造專家
部分科學界資深研究者科學家已經得到了自己想要的答案,而大部分還在苦惱為什麼到底為什麼啊!?
不存在的存在者
實話實說,看了這個問答的題目之後,感覺無知真的很可怕。這個問題的提出,說明了題主非但對量子力學一無所知,同時對最基本的科學思維方法的欠缺。
一、雙縫實驗中電子自干涉是無可爭辯的客觀事實
這個問題我曾經多次在悟空問答中回答過,也寫過文章。從實驗結果的邏輯推理公式中我們其實就可以得出單電子可以自干涉的結論。因為公式中,條紋的位置與入射電流無關。這個公式跟實驗結果完美吻合。
什麼叫做條紋位置與入射電流無關?意思就是,即使你將電流無限調低,直到最後讓電子一個一個穿過雙縫射到屏幕上,依舊會產生干涉條紋。這意味著單電子也可以干涉。這就是實驗的公式中,預言了單電子可以干涉。
二、哪裡來的勇氣,讓你認為單電子雙縫干涉實驗沒人做過?
事實上是,電子雙縫干涉實驗因為涉及量子力學中最本質的問題。從量子力學誕生以來,無數科學家不厭其煩地努力改進這個實驗,並多次成功實現了單電子雙縫干涉實驗。這個實驗,至今仍然有科學家們再做。如果您真有心,請關注一下國際科學刊物的實驗報告。其中最有名的是2012年,New J. Phys.(http://iopscience.iop.org/1367-2630/15/3/033018)發表了美國和加拿大研究人員做的一個單電子雙縫干涉實驗,曾經成了人們討論和關注的熱點。因為該實驗所驗證的內容涉及到對量子力學的基本理解。
該論文的整體感覺是:簡明、清晰。實驗結果不錯,被研究者宣稱為真正實現了Feynman所構想的電子干涉”理想實驗”,因為:(1)雙縫是人工製造的( 縫寬64納米兩縫間距282納米,具體見論文)(2)電子是單個的(一次採集一個點需要2個小時左右)。
該論文的實驗圖不僅清晰,而且其附錄配有多個視頻動畫,用來做為給學生們演示電子具有波動性的素材是非常直觀和適用的。不論別人如何,這篇論文的結果我是會用來演示電子的波動性質的。
三、科學必須尊重客觀事實
我不知道題主所謂的邏輯錯誤的結論是怎麼來的,可以想象的是來自日常生活的經驗。然而日常生活的經驗有非常大的侷限性。微觀粒子的行為,不能用我們宏觀物體的方式(日常經驗)去理解,這是一個基本的可觀事實。科學需要以客觀事實為出發,而不是以我們的經驗常識出發。
微觀粒子的行為不能用我們任何日常經驗的詞彙去描述,說實話,所謂波粒二象性這個詞,也是真的找不到更適合的詞了,是無奈的選擇。微觀粒子,即是粒子又是波,只能這麼去理解,這就是奇妙的微觀世界。
是該總結一下了
能提出這個問題,說明對科學有興趣,或者是有好奇心,抑或是想質疑科學。但是,我們應該具備最起碼的科學精神,要尊重客觀事實,可以大膽質疑,但是要小心求證。如果您不是該領域的科學工作者,其實也無妨,請相信權威科學雜誌上,發表時間比較長的論文作為可信取證。因為全世界的同行都盯著這些論文呢,如果有錯誤,跳出來踩他的科學家有一大把。沒有誰有能力買通全球的同行,為一篇假論文站臺。想想包括相對論在內,有多少論文是幾十年後才被科學界所認可的,可見,想說服科學家,要比說服我們普通人,更難,因為他們更相信實驗證據,別人做出來了,那是不夠的,他們還要自己親自去驗證。
郭哥聊科學
單電子雙縫干涉實驗的恐怖之處
雙縫干涉實驗,證明了光子具有波動性。而更為讓人不可思議的是單光子或者但電子雙縫干涉實驗。因為這個實驗告訴我們,即便我們一個一個發射電子或者光子通過狹縫,它們依然可以形成明暗相間的干涉條紋。這個實驗已被驗證,而實驗的結果似乎在告訴我們,光子或者電子應該是同時通過了兩個狹縫,然後自己和自己干涉了!
這讓人覺得不可思議,一個粒子怎麼會同時通過兩個狹縫,一個粒子怎麼會自己和自己干涉呢?這個問題讓我們經典的物理觀念徹底被打翻。實驗的結果和結論,完全是反直覺的。為了弄清到底電子或者光子是否同時通過兩個狹縫,科學家在狹縫處安裝了探測器。然而探測器一看,雖然知道了每個電子通過了那個狹縫,但干涉條紋卻消失了!似乎電子在故意隱瞞自己的行蹤,讓我們無法知道事情的真相!
量子的行為函數~波函數對於這個問題的釋義
在量子世界,粒子運動的行為已經和宏觀世界不一樣了,所以我們不能夠在拿宏觀世界的經驗來看待微觀世界。就像單電子雙縫干涉實驗,這裡的電子已經不再是宏觀世界我們認為的粒子了。在量子世界,電子既是波又是粒子,就像光的波粒二象性。
很多人很難理解,為何一個電子既可以是這有可以是那?我們不妨把電子看車一個旋轉的硬幣,那麼這個硬幣即處於正面也處於反面。只有停下來時,我們才知道到底硬幣處於那個面。電子也一樣,只有我們觀察它時,它的狀態才確定。如果沒有觀察,那麼它就處於既是粒子又是波的量子疊加態。
好了,既然電子處於疊加態中,那麼如何描述電子的行為呢?答案就是用波函數(薛定諤方程)。一旦我們測的電子,那麼電子的波函數就會坍塌,變成一個確定的值(函數)。波函數的平方表示電子出現在某點的概率,如此,波函數描述的電子就像原子核外的電子雲一樣,飄忽不定,一會穿梭時空出現在這裡,一會在哪裡。那麼也就是說,我們在沒有觀察電子之前,我們根本不知道電子是以什麼樣的方式通過雙縫的。可能是像電子雲一樣過去,也可能是像水波一樣過去。如果是以波的形式過去,那麼電子產生干涉條紋就很好理解了。
或許我們對於量子世界認識的不夠深,所以才會對量子行為有種種不可思議的感覺。
科學探秘頻道
其實雙縫實驗的結果沒有什麼可質疑的,但是造成結果的原因卻未必確定。有兩個疑問:
1、怎麼能確定發射出去的是單個量子?不管是單個電子還是單個光子或其他的什麼量子,如何能夠確定發射出去的就一個而不是幾個甚至一群?
2、如何確定電子的發射點位是發射區的同一個位置?如果是不同點位發射的量子,那麼不同發射點位的電子穿過不同的縫隙很正常啊,這不能證明電子波動啊!
我不知道發射裝置是如何設計的,但是我不相信誰有能力製造出每次都是從同一個點位沿著同一條軌道只發射一個量子的發射裝置。做不到這一點,雙縫實驗證明的就不是量子的波動,而是不同點位發射的量子穿過不同的縫隙造成的干涉。
無船也渡河
中國的漢字真是太偉大了!偉大到居然也可以解釋量子力學中的波粒二象性造成的“單電子”雙縫干涉實驗的成立。且看中國漢字“粒”字的組合,米+立=粒,米的形態是不是很象兩波紋干涉相交的圖形!而相交的點,恰好是干涉條紋後的點狀分佈線,那麼就是說,干涉相交點就是相當於米粒的一個端頭,這個端頭也如是“單電子”點,而米粒有兩個端頭,那麼電子也應該有兩個端頭!當人們認為是電子的一個端頭,從一個縫中通過的時候,其實電子還有另外的一個端頭也跟著運動,也從另一個縫中通過,使之出現了干涉條紋,就好象立體的粒子米粒的兩個端頭,同時穿過了雙縫,並斷裂為兩端頭點造成其後的波動干涉條紋。當人們想要看清楚像米粒一樣的電子,是如何“斷裂”為兩點通過雙縫的時候,人們看的作用量聚焦的能量場會把米粒樣子的電子推開,讓它不可能“斷裂”為兩點而通過雙縫!這就是能量場相互作用的道理。物質本來就是相互作用的能量場合成的,這能量場就如同水稻禾苗,受到陽光的光合作用成長為稻穗穀粒,穀粒又讓人們碾壓成米粒,人們吃了米飯就有了能量,還有了中國先人倉頡創造了漢字,讓“天雨粟,鬼夜哭”,人們才能很好的研究宇宙奧秘。
初探者
電子的運動是超越三維的,所以電子是不可以三維手段測量的,相當於給高維運動施加了條件,以至於塌縮。電子在三維空間的運動不是連續的,而是跳躍的,三維空間的運動實際上是四維運動的投影,導函數不連續但是函數還是可以連續的,所以在四維空間運動的電子在三維上顯示出概率出現的電子雲狀態。所謂波動性是這種概率的投影,而當電子被束縛在三維時又顯示出粒子性,實際上實驗證明了四維空間的存在。電子出現在宇宙間任意一點都可以看做是概率。所以單電子雙縫實驗說明當不直接觀察電子時,概率波被分解後疊加產生干涉,恰恰和單電子的粒子性並不矛盾,而是驗證了四維空間的連續性。邏輯上的矛盾是由四維運動和三維空間觀察所產生的,並不矛盾。電子同時(所謂的)出現在兩個位置,並不說明電子一分為二,而是說明一個能量波動的投影在三維觀察下一分為二。光速限制正是四維空間所存在的三維宇宙形成的表面(所謂的)構成的,在創世之初所測算到的光速遠大於現在,說明了在形成三維宇宙的初期,四維宇宙在塌縮的過程中不斷衰減,而這種衰減達到一定程度時光速開始變得恆定, 我們所觀察到的紅移現象如果無限延展下去是和光速恆定相矛盾的,說明了紅移現象所觀察到的膨脹實際上是一種四維塌縮在三維空間投影上的感覺。三維世界有限但無界,沿著一個方向前進最終會回到原點。光速不可超越,因為我們沒有足夠的能量脫離自身的宇宙到四維空間中去。
沒有雨的秋天
從思想模型來說,並不違背邏輯。但是完美解釋可能沒有。
以不可知論首先舉例,發射一個電子,之後實驗對象的狀態如果不是可以時時測定就不能簡化為一個電子,那麼一個初始電子通過實驗雙縫,必然留下觀測點對應的實驗現象,但過程仍然是不可知的。
以或然說舉例,界定是一種有限界定。就好比愛因斯坦是人,而我也在人的界定之內。那麼電子也是一樣,我們只能是用一個電子進行實驗,不能對電子進行精確要求。那麼假定我們觀測到的結果是人會死,我們卻無法知道各自生的過程。所以以結果論過程仍然不能提供滿意解釋。
最後用決定論探討一下實驗的思想意義。我不信任決定論,一個容許偏差的環境必然不是被決定的環境:)當然一個容許偏差的環境不會有定解。
科學說的是界定條件達成現象。現象本身沒有必須必然性,界定條件就是耗能做功。生產力的增加難道不是做功能力的提升嗎?
自身當然可以干擾自身。最簡單的to be not to be的例子。個體對自我不同時期的思考和批判。事件的可觀察性必然以時間線性出發,事件的可能性必然與時間以及線性無關。事件的綜合結果完全可能是一個可能性疊加的非時間線性結果。所以雙縫實驗可以是一個起點,也可以完全不被某些邏輯理解:)
吳琬君JessieWu
這個特點是1是單電子,2是雙縫,說明單個電子場的寬度大於雙縫的間距,也大與縫的寬度,電子粒子部分可以通過縫隙,但是電子場卻受到阻隔,部分場透過雙縫產生干涉,被縫隙截留的場還會與縫隙介質產生作用,參與干涉。說明產生干涉的是場,不是粒子。可以想象高速磁珠穿過鐵皮的縫隙,磁珠磁場與鐵皮作用,路徑肯定會受到影響。人們分析這個問題的時候故意的忽略電子場的存在。還有就是觀測引起波函數崩塌,實際是觀測的光子或者電子的場與被測電子的場產生作用,影響了干涉,所以不觀測干涉,觀測就不干涉。根本不是什麼貓不貓的問題。你觀察一下水波的干涉,首先水波振動源產生的場遠大於縫隙,其次一個點源振動,經過雙縫肯定干涉。說明場是干涉的基礎,以前人們說是波的干涉,實際是場的干涉,只要是場大於縫隙,經過雙縫就會干涉。
ga1111
提到電子雙縫干涉實驗,註定會有很多的口水和質疑,這是建立在我們對實驗本身整個過程認知深度不一樣造成的,畢竟多數人不是科學家,對這個實驗的瞭解只是停留在表面上,這也很正常,在任何專業領域,多數人都只是“吃瓜群眾”而已!
首先,電子雙縫干涉實驗所出現的現象是真實存在的,這種現象就是單個電子通過雙縫之後(我們不知道怎麼通過的),會在屏幕上出現干涉條紋!
而干涉條紋顯然是波的特性,兩條波相遇發生干涉。電子在我們的傳統思想裡是一種粒子,如今我們知道任何微觀粒子都具有波粒二象性,所以,如果電子具有波的特性,同時穿過兩條縫隙就成為了可能!
但這裡需要說明一點,同時穿過兩條縫隙並不是我們觀察到的,而是根據結果(干涉條紋)倒推出來的,而且理論上我們無法確定到底是不是同時穿過兩條縫隙!
因為這裡存在“波函數”坍縮的問題,因為電子具有波動性(可以理解為不確定性),如果我們想知道電子是不是同時通過兩條縫隙或者如何同時通過兩條縫隙,我們必須進行觀測,但只要一觀測,電子就坍縮為粒子特性,只能從其中一條縫隙中穿過,屏幕上就沒有了干涉條紋!
這就很尷尬了,不觀測就不知道是不是真的同時通過兩條縫隙,要是觀測了電子就只能通過一條縫隙,但如果我們想知道事實真相又不得不觀測,這就形成了一個“死循環”!
所以說,電子同時通過兩條縫隙我們不可能通過觀測確定,我們只能去猜測,而且這種猜測目前來說是最靠譜最有說服力的。當然,也有其他的詮釋,比如平行宇宙,只不過平行宇宙的詮釋太詭異,畢竟與我們現有理論相差很大!
宇宙探索
關於光的本質問題牛頓最初認為光是粒子,而胡克和惠更斯認為光是一種波。現在我們已經知道光是同時具有粒子性和波動性的,簡稱為波粒二象性。最開始驗證光波動性的是英國的一名醫生兼職物理學家,1801年托馬斯·楊做了光的雙縫干涉實驗,並且成功的做出了干涉條紋,證明了光的波動性。
而隨著發展這個實驗發生的100年後,愛因斯坦在1905年提出了光電效應,簡單的理解就是光照射在金屬上,可以從金屬上“照射”出電子,這說明光的能量形式是一份份的,這也就是“光量子”,現在我們把它簡稱為光子,光的粒子性也被證明。那麼現在討論到微觀量子層次的話,那麼不禁有人要問起:光的雙縫干涉實驗中光子到底是通過哪條縫隙來到屏幕上的?
這個問題的提出來那麼科學家就需要去驗證,但是如果對象是光子的話根本無法進行觀測,因此就選用了電子作為替代品,這也就引出了電子的雙縫干涉驗證實驗。科學家在雙縫隙上分別裝了觀測記錄的裝置,當電子被記錄下來單獨通過某條縫隙的時候,神奇的是干涉條紋消失了。但是當不去觀測的時候,雙峰干涉條紋就出現了。
這個實驗也讓大多數科學家不得不捏著鼻子相信哥本哈根派對於量子力學的詮釋,也就是不確定性原理或者說測不準原理。我們沒有辦法確認電子是否真的同時通過了兩個縫隙,但是實驗結果讓我們不得不接受這個客觀的事實。涉及到量子力學就不能用經典物理學那種四維去思考問題,題主說這個實驗產生了邏輯錯誤,愛因斯坦還說波爾打破了“因果律”,還戲稱“上帝還擲骰子嗎?”。但是愛因斯坦和波爾的幾次論戰,也以失敗告終了。
客觀存在的實驗結果也不得不讓我們相信單個電子同時穿過了兩條縫隙並干涉。