物理學是一個研究宇宙規律的學科,它讓我們從神的觀念中跳出來,讓唯心主義不再主宰我們的世界。可以說,物理學是現代人類科學的基石,讓人類的科技得以發展,我們今天的生活就是在物理學的基礎上建立起來的。大多數物理學家都是堅定的唯物主義者,唯心主義的那一套在他們那裡行不通。但是,一個物理實驗差點摧毀了所有物理學家的信仰,讓他們對自己對世界的認知產生了懷疑。
這個實驗就是著名的電子雙縫實驗,這個實驗就是量子力學的開端。這個實驗異常的詭異,甚至讓愛因斯坦花了一生都沒弄明白。他曾經說過:“我用了比研究相對論更多的時間來研究量子力學,但是我仍然不知道它是什麼。”
現在讓我們先來了解一下這個實驗是如何發生的。在20世紀初,科學家們為了一個糾結了上百年的問題爭論不休,光到底是波還是粒子。很多著名的科學家做了實驗,最後得出的結論就是,光是一種波。但是有很多其他科學家也做了很多實驗,證明光是粒子,這些科學家包括愛因斯坦、普朗克等。所以持不同意見的人在一直爭吵
所以為了結束這些爭吵,科學家們決定做一個實驗——雙縫干涉實驗。通過實驗來證明誰是正確的。科學家們準備了一個可以發射電子的槍,讓電子從縫隙穿過,打在一塊屏幕上。如果最後縫隙後面只有兩條縫,那麼光就是粒子;如果縫隙後面形成干涉條紋,那麼光就是波;如果出現兩種以上的形狀,那麼光就有波粒二象性。
結果詭異的情況發生了。
科學家一共做了三次實驗。第一次實驗,屏幕出現了斑馬線,說明光是波。波派的人很開心,覺得他們對了。但是粒派的人不服,於是又做了一次實驗。然而這次實驗的情況竟然和上次的完全不聽,屏幕後面只出現了兩道槓。兩派的人不信邪,就又做了一次實驗。不過這次實驗在兩條縫隙後都加了一個攝像機,紀錄電子的行為。
而就是這第三次實驗,引發了一場物理學界的大震動。他們用攝像機記錄下來的畫面顯示,電子要麼往左邊走,要麼往右邊走,最後不知道怎麼回事,形成了干涉條紋。結果似乎證明了光是波粒二象戲。但是真正詭異的情況還在後面。大家用攝像機的屏幕看時,突然發現,屏幕前的干涉條紋不知道在什麼時候變成了兩道條紋。而不用攝像頭看,就還是干涉條紋。當時,只有一個詞可以形容科學家們的心情:震驚。他們甚至懷疑可能他們見鬼了。
科學家們不信邪,又多做了幾次,發現結果還是這樣,實驗結果竟然會發生變化,而變化竟然是取決於你看不看攝像頭?當時,完全打破了科學家的認知,無法相信,實驗結果會因為自己的觀察而發生改變。物理學家們三觀集體崩塌,甚至覺得幾百年的科學都是在扯淡。而且這個實驗還讓當時提倡唯心主義的哲學家揚眉吐氣了一把,然後抓緊宣傳自己的理論。
不過還好最後,出現了一位偉大的物理學家波爾,提出了量子力學這個概念,並且做了總結,認為量子世界有三個基本原則:一個是疊加態原理:量子可以同時處於任何不同的狀態;第二個測不準原理:疊加態不能被精確測量;第三個是觀察者原理:量子最後的狀態,取決於你的觀察,哪種狀態概率高,量子就呈現哪種概率。
這個解釋終於讓科學界送了一口氣,覺得他說得很有道理。但是一波未平一波又起。隨後又出現了很多問題,比如著名的薛定諤的貓,還有量子糾纏的原理等等。從來沒有人能研究得明白,量子到底為什麼有這些性質,量子糾纏是如何發生的。直到今天科學家也沒有搞懂,只能利用量子糾纏的原理,發明了量子計算機。
量子力學到底有多難?愛因斯坦在35歲以後,一直在研究量子力學,結果他說他搞不懂。其他科學家也是如此,造出第一顆原子彈的費曼甚至說沒人能搞懂量子力學,中國量子通信第一人潘建偉也說:“如果我能夠搞懂量子糾纏,我可以現在去死。”他認為,在他有生之年都不可能知道。
量子力學中的神秘現象,讓科學家頭疼不已。眾多科學家都認為,在量子糾纏背後,隱藏著宇宙最深的秘密。
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