兰天1969飞碟制造专家
部分科学界资深研究者科学家已经得到了自己想要的答案,而大部分还在苦恼为什么到底为什么啊!?
不存在的存在者
实话实说,看了这个问答的题目之后,感觉无知真的很可怕。这个问题的提出,说明了题主非但对量子力学一无所知,同时对最基本的科学思维方法的欠缺。
一、双缝实验中电子自干涉是无可争辩的客观事实
这个问题我曾经多次在悟空问答中回答过,也写过文章。从实验结果的逻辑推理公式中我们其实就可以得出单电子可以自干涉的结论。因为公式中,条纹的位置与入射电流无关。这个公式跟实验结果完美吻合。
什么叫做条纹位置与入射电流无关?意思就是,即使你将电流无限调低,直到最后让电子一个一个穿过双缝射到屏幕上,依旧会产生干涉条纹。这意味着单电子也可以干涉。这就是实验的公式中,预言了单电子可以干涉。
二、哪里来的勇气,让你认为单电子双缝干涉实验没人做过?
事实上是,电子双缝干涉实验因为涉及量子力学中最本质的问题。从量子力学诞生以来,无数科学家不厌其烦地努力改进这个实验,并多次成功实现了单电子双缝干涉实验。这个实验,至今仍然有科学家们再做。如果您真有心,请关注一下国际科学刊物的实验报告。其中最有名的是2012年,New J. Phys.(http://iopscience.iop.org/1367-2630/15/3/033018)发表了美国和加拿大研究人员做的一个单电子双缝干涉实验,曾经成了人们讨论和关注的热点。因为该实验所验证的内容涉及到对量子力学的基本理解。
该论文的整体感觉是:简明、清晰。实验结果不错,被研究者宣称为真正实现了Feynman所构想的电子干涉”理想实验”,因为:(1)双缝是人工制造的( 缝宽64纳米两缝间距282纳米,具体见论文)(2)电子是单个的(一次采集一个点需要2个小时左右)。
该论文的实验图不仅清晰,而且其附录配有多个视频动画,用来做为给学生们演示电子具有波动性的素材是非常直观和适用的。不论别人如何,这篇论文的结果我是会用来演示电子的波动性质的。
三、科学必须尊重客观事实
我不知道题主所谓的逻辑错误的结论是怎么来的,可以想象的是来自日常生活的经验。然而日常生活的经验有非常大的局限性。微观粒子的行为,不能用我们宏观物体的方式(日常经验)去理解,这是一个基本的可观事实。科学需要以客观事实为出发,而不是以我们的经验常识出发。
微观粒子的行为不能用我们任何日常经验的词汇去描述,说实话,所谓波粒二象性这个词,也是真的找不到更适合的词了,是无奈的选择。微观粒子,即是粒子又是波,只能这么去理解,这就是奇妙的微观世界。
是该总结一下了
能提出这个问题,说明对科学有兴趣,或者是有好奇心,抑或是想质疑科学。但是,我们应该具备最起码的科学精神,要尊重客观事实,可以大胆质疑,但是要小心求证。如果您不是该领域的科学工作者,其实也无妨,请相信权威科学杂志上,发表时间比较长的论文作为可信取证。因为全世界的同行都盯着这些论文呢,如果有错误,跳出来踩他的科学家有一大把。没有谁有能力买通全球的同行,为一篇假论文站台。想想包括相对论在内,有多少论文是几十年后才被科学界所认可的,可见,想说服科学家,要比说服我们普通人,更难,因为他们更相信实验证据,别人做出来了,那是不够的,他们还要自己亲自去验证。
郭哥聊科学
单电子双缝干涉实验的恐怖之处
双缝干涉实验,证明了光子具有波动性。而更为让人不可思议的是单光子或者但电子双缝干涉实验。因为这个实验告诉我们,即便我们一个一个发射电子或者光子通过狭缝,它们依然可以形成明暗相间的干涉条纹。这个实验已被验证,而实验的结果似乎在告诉我们,光子或者电子应该是同时通过了两个狭缝,然后自己和自己干涉了!
这让人觉得不可思议,一个粒子怎么会同时通过两个狭缝,一个粒子怎么会自己和自己干涉呢?这个问题让我们经典的物理观念彻底被打翻。实验的结果和结论,完全是反直觉的。为了弄清到底电子或者光子是否同时通过两个狭缝,科学家在狭缝处安装了探测器。然而探测器一看,虽然知道了每个电子通过了那个狭缝,但干涉条纹却消失了!似乎电子在故意隐瞒自己的行踪,让我们无法知道事情的真相!
量子的行为函数~波函数对于这个问题的释义
在量子世界,粒子运动的行为已经和宏观世界不一样了,所以我们不能够在拿宏观世界的经验来看待微观世界。就像单电子双缝干涉实验,这里的电子已经不再是宏观世界我们认为的粒子了。在量子世界,电子既是波又是粒子,就像光的波粒二象性。
很多人很难理解,为何一个电子既可以是这有可以是那?我们不妨把电子看车一个旋转的硬币,那么这个硬币即处于正面也处于反面。只有停下来时,我们才知道到底硬币处于那个面。电子也一样,只有我们观察它时,它的状态才确定。如果没有观察,那么它就处于既是粒子又是波的量子叠加态。
好了,既然电子处于叠加态中,那么如何描述电子的行为呢?答案就是用波函数(薛定谔方程)。一旦我们测的电子,那么电子的波函数就会坍塌,变成一个确定的值(函数)。波函数的平方表示电子出现在某点的概率,如此,波函数描述的电子就像原子核外的电子云一样,飘忽不定,一会穿梭时空出现在这里,一会在哪里。那么也就是说,我们在没有观察电子之前,我们根本不知道电子是以什么样的方式通过双缝的。可能是像电子云一样过去,也可能是像水波一样过去。如果是以波的形式过去,那么电子产生干涉条纹就很好理解了。
或许我们对于量子世界认识的不够深,所以才会对量子行为有种种不可思议的感觉。
科学探秘频道
其实双缝实验的结果没有什么可质疑的,但是造成结果的原因却未必确定。有两个疑问:
1、怎么能确定发射出去的是单个量子?不管是单个电子还是单个光子或其他的什么量子,如何能够确定发射出去的就一个而不是几个甚至一群?
2、如何确定电子的发射点位是发射区的同一个位置?如果是不同点位发射的量子,那么不同发射点位的电子穿过不同的缝隙很正常啊,这不能证明电子波动啊!
我不知道发射装置是如何设计的,但是我不相信谁有能力制造出每次都是从同一个点位沿着同一条轨道只发射一个量子的发射装置。做不到这一点,双缝实验证明的就不是量子的波动,而是不同点位发射的量子穿过不同的缝隙造成的干涉。
无船也渡河
中国的汉字真是太伟大了!伟大到居然也可以解释量子力学中的波粒二象性造成的“单电子”双缝干涉实验的成立。且看中国汉字“粒”字的组合,米+立=粒,米的形态是不是很象两波纹干涉相交的图形!而相交的点,恰好是干涉条纹后的点状分布线,那么就是说,干涉相交点就是相当于米粒的一个端头,这个端头也如是“单电子”点,而米粒有两个端头,那么电子也应该有两个端头!当人们认为是电子的一个端头,从一个缝中通过的时候,其实电子还有另外的一个端头也跟着运动,也从另一个缝中通过,使之出现了干涉条纹,就好象立体的粒子米粒的两个端头,同时穿过了双缝,并断裂为两端头点造成其后的波动干涉条纹。当人们想要看清楚像米粒一样的电子,是如何“断裂”为两点通过双缝的时候,人们看的作用量聚焦的能量场会把米粒样子的电子推开,让它不可能“断裂”为两点而通过双缝!这就是能量场相互作用的道理。物质本来就是相互作用的能量场合成的,这能量场就如同水稻禾苗,受到阳光的光合作用成长为稻穗谷粒,谷粒又让人们碾压成米粒,人们吃了米饭就有了能量,还有了中国先人仓颉创造了汉字,让“天雨粟,鬼夜哭”,人们才能很好的研究宇宙奥秘。
初探者
电子的运动是超越三维的,所以电子是不可以三维手段测量的,相当于给高维运动施加了条件,以至于塌缩。电子在三维空间的运动不是连续的,而是跳跃的,三维空间的运动实际上是四维运动的投影,导函数不连续但是函数还是可以连续的,所以在四维空间运动的电子在三维上显示出概率出现的电子云状态。所谓波动性是这种概率的投影,而当电子被束缚在三维时又显示出粒子性,实际上实验证明了四维空间的存在。电子出现在宇宙间任意一点都可以看做是概率。所以单电子双缝实验说明当不直接观察电子时,概率波被分解后叠加产生干涉,恰恰和单电子的粒子性并不矛盾,而是验证了四维空间的连续性。逻辑上的矛盾是由四维运动和三维空间观察所产生的,并不矛盾。电子同时(所谓的)出现在两个位置,并不说明电子一分为二,而是说明一个能量波动的投影在三维观察下一分为二。光速限制正是四维空间所存在的三维宇宙形成的表面(所谓的)构成的,在创世之初所测算到的光速远大于现在,说明了在形成三维宇宙的初期,四维宇宙在塌缩的过程中不断衰减,而这种衰减达到一定程度时光速开始变得恒定, 我们所观察到的红移现象如果无限延展下去是和光速恒定相矛盾的,说明了红移现象所观察到的膨胀实际上是一种四维塌缩在三维空间投影上的感觉。三维世界有限但无界,沿着一个方向前进最终会回到原点。光速不可超越,因为我们没有足够的能量脱离自身的宇宙到四维空间中去。
没有雨的秋天
从思想模型来说,并不违背逻辑。但是完美解释可能没有。
以不可知论首先举例,发射一个电子,之后实验对象的状态如果不是可以时时测定就不能简化为一个电子,那么一个初始电子通过实验双缝,必然留下观测点对应的实验现象,但过程仍然是不可知的。
以或然说举例,界定是一种有限界定。就好比爱因斯坦是人,而我也在人的界定之内。那么电子也是一样,我们只能是用一个电子进行实验,不能对电子进行精确要求。那么假定我们观测到的结果是人会死,我们却无法知道各自生的过程。所以以结果论过程仍然不能提供满意解释。
最后用决定论探讨一下实验的思想意义。我不信任决定论,一个容许偏差的环境必然不是被决定的环境:)当然一个容许偏差的环境不会有定解。
科学说的是界定条件达成现象。现象本身没有必须必然性,界定条件就是耗能做功。生产力的增加难道不是做功能力的提升吗?
自身当然可以干扰自身。最简单的to be not to be的例子。个体对自我不同时期的思考和批判。事件的可观察性必然以时间线性出发,事件的可能性必然与时间以及线性无关。事件的综合结果完全可能是一个可能性叠加的非时间线性结果。所以双缝实验可以是一个起点,也可以完全不被某些逻辑理解:)
吴琬君JessieWu
这个特点是1是单电子,2是双缝,说明单个电子场的宽度大于双缝的间距,也大与缝的宽度,电子粒子部分可以通过缝隙,但是电子场却受到阻隔,部分场透过双缝产生干涉,被缝隙截留的场还会与缝隙介质产生作用,参与干涉。说明产生干涉的是场,不是粒子。可以想象高速磁珠穿过铁皮的缝隙,磁珠磁场与铁皮作用,路径肯定会受到影响。人们分析这个问题的时候故意的忽略电子场的存在。还有就是观测引起波函数崩塌,实际是观测的光子或者电子的场与被测电子的场产生作用,影响了干涉,所以不观测干涉,观测就不干涉。根本不是什么猫不猫的问题。你观察一下水波的干涉,首先水波振动源产生的场远大于缝隙,其次一个点源振动,经过双缝肯定干涉。说明场是干涉的基础,以前人们说是波的干涉,实际是场的干涉,只要是场大于缝隙,经过双缝就会干涉。
ga1111
提到电子双缝干涉实验,注定会有很多的口水和质疑,这是建立在我们对实验本身整个过程认知深度不一样造成的,毕竟多数人不是科学家,对这个实验的了解只是停留在表面上,这也很正常,在任何专业领域,多数人都只是“吃瓜群众”而已!
首先,电子双缝干涉实验所出现的现象是真实存在的,这种现象就是单个电子通过双缝之后(我们不知道怎么通过的),会在屏幕上出现干涉条纹!
而干涉条纹显然是波的特性,两条波相遇发生干涉。电子在我们的传统思想里是一种粒子,如今我们知道任何微观粒子都具有波粒二象性,所以,如果电子具有波的特性,同时穿过两条缝隙就成为了可能!
但这里需要说明一点,同时穿过两条缝隙并不是我们观察到的,而是根据结果(干涉条纹)倒推出来的,而且理论上我们无法确定到底是不是同时穿过两条缝隙!
因为这里存在“波函数”坍缩的问题,因为电子具有波动性(可以理解为不确定性),如果我们想知道电子是不是同时通过两条缝隙或者如何同时通过两条缝隙,我们必须进行观测,但只要一观测,电子就坍缩为粒子特性,只能从其中一条缝隙中穿过,屏幕上就没有了干涉条纹!
这就很尴尬了,不观测就不知道是不是真的同时通过两条缝隙,要是观测了电子就只能通过一条缝隙,但如果我们想知道事实真相又不得不观测,这就形成了一个“死循环”!
所以说,电子同时通过两条缝隙我们不可能通过观测确定,我们只能去猜测,而且这种猜测目前来说是最靠谱最有说服力的。当然,也有其他的诠释,比如平行宇宙,只不过平行宇宙的诠释太诡异,毕竟与我们现有理论相差很大!
宇宙探索
关于光的本质问题牛顿最初认为光是粒子,而胡克和惠更斯认为光是一种波。现在我们已经知道光是同时具有粒子性和波动性的,简称为波粒二象性。最开始验证光波动性的是英国的一名医生兼职物理学家,1801年托马斯·杨做了光的双缝干涉实验,并且成功的做出了干涉条纹,证明了光的波动性。
而随着发展这个实验发生的100年后,爱因斯坦在1905年提出了光电效应,简单的理解就是光照射在金属上,可以从金属上“照射”出电子,这说明光的能量形式是一份份的,这也就是“光量子”,现在我们把它简称为光子,光的粒子性也被证明。那么现在讨论到微观量子层次的话,那么不禁有人要问起:光的双缝干涉实验中光子到底是通过哪条缝隙来到屏幕上的?
这个问题的提出来那么科学家就需要去验证,但是如果对象是光子的话根本无法进行观测,因此就选用了电子作为替代品,这也就引出了电子的双缝干涉验证实验。科学家在双缝隙上分别装了观测记录的装置,当电子被记录下来单独通过某条缝隙的时候,神奇的是干涉条纹消失了。但是当不去观测的时候,双峰干涉条纹就出现了。
这个实验也让大多数科学家不得不捏着鼻子相信哥本哈根派对于量子力学的诠释,也就是不确定性原理或者说测不准原理。我们没有办法确认电子是否真的同时通过了两个缝隙,但是实验结果让我们不得不接受这个客观的事实。涉及到量子力学就不能用经典物理学那种四维去思考问题,题主说这个实验产生了逻辑错误,爱因斯坦还说波尔打破了“因果律”,还戏称“上帝还掷骰子吗?”。但是爱因斯坦和波尔的几次论战,也以失败告终了。
客观存在的实验结果也不得不让我们相信单个电子同时穿过了两条缝隙并干涉。