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雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的

生活 更新时间:2025-01-10 15:13:18

雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的(是否觀察實驗過程)1

粒子和波,這兩個并不相關的物理學概念在光的身上實現了融合。

在最初人類試圖探尋光的奧秘的時候,曾将其歸結為一種粒子,所謂的光束就是大量粒子所組成的粒子束,對于光的粒子學說曾經主導了将近兩個世紀。而後,一個著名的物理學實驗出現了,那就是雙縫幹涉實驗。

在雙縫幹涉實驗中,首先讓光穿過一條狹窄的細縫,然後再穿過兩條平行的縫隙,而後就會在後面的背闆上呈現出幹涉條紋。是的,後面的背闆上出現的并不是兩條光紋,而是一組光文,這組光紋就是幹涉條紋,幹涉是波的特性,于是人們認識到光不是粒子,而是波。

雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的(是否觀察實驗過程)2

對于光是波的認識同樣是不完善的,直到後來量子力學出現,人們才給了光一個相對合理的解釋,光具有波粒二象性。

同樣,也是因為量子力學的發展,人們發現此前的雙縫實驗其實是充滿奧秘的。在宏觀世界中,雙縫幹涉實驗的結果隻是說明了光具有波的特性,平淡而無奇,但當人類開始着眼于微觀世界後,雙縫幹涉實驗中一個個令人費解的問題開始呈現在人們的眼前。

通過狹窄細縫發射光束後,光會通過兩條細縫産生幹涉條紋,但如果我們發射的并不是一個光束,而是一個光子,結果應該如何呢?

雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的(是否觀察實驗過程)3

其實這很容易想象,對于一個光子而言,它隻能選擇兩條縫隙中的一條穿過,最後會在背闆上呈現出一個光點,但實驗結果并非如此。

如果在實驗中發射單個光子,最後同樣也可以得到幹涉條紋。這一實驗結果非常令人費解。也就是說當一個光子面對兩個縫隙的時候,它并沒有進行選擇,而是同時穿過了兩條縫隙,一個光子在同一時間同時穿過兩條縫隙,并最終産生幹涉條紋,這是一個常識無法理解的事情。我們隻能夠得到一個結論,那就是單個粒子能夠實現自我幹涉。在實驗中的确是一個光子同時穿過兩條縫隙并且産生幹涉後再次組成一個光子。

雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的(是否觀察實驗過程)4

粒子能夠自我幹涉的現象并不局限于光子,使用任何其它粒子都能夠得到同樣的實驗結果,比如将光子換成電子,結果也是一樣的。

如果說單個光子的幹涉現象足夠令人費解,那麼接下來的内容則可能令人陷入沉思。那就是對實驗過程的觀察,竟然會影響到實驗的結果。單個光子的幹涉現象使得科學家們很想​弄清楚單個光子是如何同時穿過兩條縫隙的,于是便開始了對實驗過程的觀察。觀察的方式很多,比如在雙縫處加上探測器,記錄光子穿越縫隙的過程,可是當人類開始試圖觀察這一實驗過程的時候,實驗結果卻發生了變化。

雙縫幹涉實驗是怎麼觀察的(是否觀察實驗過程)5

隻要人類試圖觀察光子是如何穿過兩條縫隙的,幹涉條紋馬上就會消失,在背闆上所呈現出來的就是兩道條紋。

而當人類取消觀察後,幹涉條紋又再次出現了。這不僅令人費解,還産生了一種神秘的色彩。我們隻能夠知道單個粒子能夠産生自我幹涉,卻永遠無法知道這個幹涉的過程。

​此後,這一量子力學領域的有趣實驗又被引申到很多不同的領域,特别是在哲學上引發了不小的波動,因為這一實驗結果足以讓人對世界的真實性産生質疑,當仰望星空的時候,我們會想,月亮挂在天上,可如果我們轉過身去,月亮真的還會在天上嗎?

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