雙縫干涉實驗帶來的物質與意識博弈

古往今來,人類對於世界的瞭解過程,何嘗不是對自身命運本質的不懈探尋歷程。面對洪水猛獸帶來的無助絕望,人們在諾亞方舟,天神創世,等等宗教學說的自我安慰下,在自然之力壓制的將要窒息時,獲得活下去的勇氣。面對命運多舛,世事不公,神為人類帶來虛無縹緲的精神慰藉。可是隨著人類自我意識的不斷覺醒,神的無力感越發讓人陷入絕望。

但總有人為我們直面慘烈現實,牛頓站在巨人肩膀上,為我們登高望遠,看清了前路方向,讓我們在面對災難時有了掌控自己命運的機會。愛因斯坦憑一己之力,努力帶領我們看清命運的本質。在一次次生存危機面前,正因為我們選擇直面現實,所以向死而生。從遠古到現在,從鑽木取火到上天攬月,我們緊扣命運脈搏,活的越發自信,過得越發從容不迫,終於能喊出我命由我不由天的豪氣。我們洞穿了宏觀世界的繁華背後,掙脫了天地制肘,看似越來越接近命運的本質。但現實總是猝不及防的給我們一巴掌,讓我們明白其實我們仍舊是那個面對一切一無所知的懵懂小孩。

1907年,通過楊氏雙縫干涉實驗,光的波動性被證實。此後半個多世紀, 光的波粒二象性理論經受住了各種挑戰。時間來到了60年代,有科學家意外用電子替代光子開展雙縫干涉實驗,沒想到卻引出了一個世界性大難題。因為按照經典理論,電子屬於粒子,在屏幕上應該形成兩條亮紋。然而實驗結果卻讓科學家懵逼了,屏幕上形成了明暗相間的干涉條紋。也就是說,電子流像波一樣產生了干涉。

雙縫干涉實驗帶來的物質與意識博弈

科學家認為或許是電子互相碰撞干擾了運行軌跡。於是科學家將電子流的發射方式改為一個電子一個電子發射,期望得到預料中的兩條亮紋。然而結果卻是仍然得到了干涉條紋。這就很令人費解了,現有的理論根本無法解釋這一切,於是科學家更進一步,在雙縫的邊上裝上了高精度攝像頭,想具體觀察每一個電子到底是如何通過雙縫並投射到屏幕上的,然而這種做法捅開了一個大窟窿,因為他們發現,一旦對電子進行觀察,明暗相間的干涉條紋就消失了,得到的只是兩條亮紋。而一旦關閉攝像頭,屏幕上又出現了干涉條紋。

雙縫干涉實驗帶來的物質與意識博弈

總之,電子像有了靈性一樣,和人玩起了捉迷藏,總之就是不讓人看到它是如何形成干涉條紋的。

整個科學界震驚了,短暫的沉寂之後迅速沸騰起來,人們關注的目光聚焦到這裡,並且提出了種種理論試圖解釋這一現象。然而此後的種種情況表明,後來的結果只會讓人越來越震驚。

人們首先想到的是干擾說。也就是說,你要對電子進行觀察,就必然要與其發生相互作用,最低限度也需要一個光子進行互動,那麼就必然形成干擾,於是就改變了電子的行為,從而它就變得像粒子一樣,通過雙縫而不形成干涉條紋。

那麼如何驗證這一解釋呢?科學家又重新用光子取代電子進行驗證。科學家利用了量子糾纏的原理,首先分離出一對相互糾纏的光子,用其中一個光子去過縫,等該光子投射到屏幕以後去觀測另一個光子的狀態,從而確定原光子過縫時的狀態。這個好處就是避免了對過縫光子的直接觀測,也就不可能產生擾動。

然而實驗的結果更驚奇,不論你如何小心翼翼地設計實驗,只要你進行觀測,就不可能看到干涉條紋。而一旦不進行觀測,條紋又出現了。

這時候,問題的性質已經漸漸發生了變化,不是以何種方式進行觀測的問題了,而是人的意識似乎已經介入了實驗,當你試圖觀測時,總是不會得到預期的效果,光子或電子總能小心地避開。

這個結果誘惑著科學家的心,圍繞著這個猜想,科學家又展開了精妙而瘋狂的研究。科學家首先動態地調整觀測的強度,隨著攝像頭觀測強度的減低,當攝像頭恰恰減低到無法觀測到電子行為時,神奇的干涉條紋瞬間出現了。而一旦調高強度將將能觀察到時,條紋瞬間又消失了。總之,電子就像有了靈氣一樣。科學家並不氣餒,有人又想出了擦除實驗,也就是進行觀測,但不記錄結果,令人發炸的是,這種情況下仍然出現了干涉條紋,而人類一旦想記錄下結果,條紋瞬間就消失了,如果再關閉記錄裝備,條紋又出現了......就這樣循環往復。

就這樣,電子的雙縫干涉到現在也沒有一個完全令各方信服的解釋,而且它得出的結論也實在太驚悚了。但不管怎樣,意識被第一次引入到了現代科學理論中,這是對傳統理論的一個強大沖擊,連愛因斯坦都不能接受。然而,這一概念至今仍被主流的量子力學哥本哈根學派所牢牢守護。


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