我們在前面一篇文章裡聊到過托馬斯.楊著名的雙縫實驗,這個實驗可以排的進科學史最經典實驗前十了。
就是把一個手電筒放在一張開了一個小孔的紙前邊,然後在紙後面再放上一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋。
這個實驗成了支持光的波動理論的絕佳例子,楊氏雙縫實驗也被稱為光的幹涉現象,幹涉這個名詞也是楊首次提出的。他證實了光纖通過平行且距離很小的兩個小孔,通過兩小孔頻率相同的光會發生互相影響投射出明暗相間的圖案
而這個實驗後來也為愛因斯坦的光量子理論提供了靈感,當你降低光的強度,直到每次隻有一個光子進入整個實驗裝置時,奇異之旅就開始了。1905 年,愛因斯坦已經明确提出,單個光子是一個粒子。由此愛因斯坦提出的光量子理論,解釋了光電效應,并因此獲得了諾貝爾獎。
而這個雙縫實驗衍生的另外一個實驗——電子雙縫實驗試驗,可以說直接颠覆了整個世界。
我來和大家梳理一下背景,雙縫實驗是指光通過木闆的狹縫從而射在屏幕上,而深入到微觀領域,那就變成了電子雙縫實驗,電子是以波的形式運動,由于存在幹涉,穿過雙縫後會出現一道道痕迹。
不同數量的電子通過雙縫後在膠片上出現的幹涉圖樣
但即使是一個個電子發射,也同樣會發生幹涉現象,條紋清晰地出現在屏幕上,這究竟是發生了什麼事情?。
哥本哈根解釋為單個電子同時通過兩條縫隙,讓電子産生幹涉,幹涉條紋清晰的出現,說明電子的确是同時通過了兩條縫隙,電子的波粒二象性讓它通過縫隙時是波,然後與自己幹涉,在屏幕上又展現出自己的粒子性,所以産生幹涉條紋。但是愛因斯坦卻表示了反對态度,單個電子怎麼可能通過兩條縫隙,難道電子會分身術嗎?兩條縫隙的距離非常小(10∧-9米),但是對于電子來說,這個距離是電子身高的270億倍。
核模型原子和電子
但是單個電子的的确确通過了雙縫,産生了幹涉。那麼電子究竟是怎麼樣做到的!這個問題不斷困擾着所有人!
既然你們都争執不休,我們就用攝像機來觀察一下就好了嘛!
可這個時候詭異的事情發生了,當實驗人員加上設備感應電子的通過路徑的時候,幹涉條紋卻消失了!無論實驗人員如何努力,幹涉條紋都不再出現!
人們一觀測,電子就呈“粒子形式”運動;人們不觀測,電子就以波的形式通過雙縫,産生幹涉,從而出現了條紋!
難道造物主真的存在,電子也存在着思想,這個問題不斷地困擾着科學家們!
而在1979年,也就是是愛因斯坦誕辰100周年,在他生前工作的普林斯頓召開了一次紀念他的讨論會。在會上,愛因斯坦的同事,也是玻爾的密切合作者之一約翰·惠勒提出了一個相當令人吃驚的構想,也就是所謂的“延遲雙縫幹涉實驗”。
那就是如果我們根據電子的速度,當确定它已經通過雙縫之後,迅速的在後面的闆上放上攝像機,會出現什麼情況?
5年之後,馬裡蘭大學宣布實驗已經成功,結果是當我們在确定電子已經通過雙縫後,迅速的在後面的闆上放上攝像機的結果是—沒有幹涉條紋!反之亦然,如果迅速的拿掉攝像機,又會出現幹涉條紋,即使我們在決定拿掉攝像機的時候,電子已經通過了雙縫!
也就是說無論單個電子有沒有通過雙縫,隻要我們一旦産生想貫徹的想法并産生了這個行為,那麼就不會産生幹涉,條紋也就不會出現。
究竟是攝像機,影響了電子的行為,還是人類的意識,影響了電子的行為呢?也或者,真的是造物主不想人類發現這個宇宙的運行法則!
想了解具體完整實驗的可以去看視頻
這個實驗結果一出來,立馬轟動了科學界。可以說徹底颠覆了我們對世界的認識。世界或者說宇宙真的是有意識的嗎?
還是說即便過去的現象已經産生,但是攝像機的加入會讓過程發生了改變,這就意味着未來改變了過去,也就是人類的行為會改變過去的過程,從而不影響未來的結果!是否預示着我們的行為幹涉了宇宙的過去,從而讓宇宙一直按照它既定的軌道運行。
當科學上升到一定角度,立馬變成了哲學!
而科學家決定把這個實驗上升到宇宙角度,
科學家觀察到,數百萬光年以外的某個恒星,它在向地球方向發出光子,而它中間會經曆一個質量巨大的星系,根據愛因斯坦相對論,這個星系将導緻空間膨脹進而使光線彎曲,這個星系實際上相當于一個巨大的分光鏡,将光子分成上下兩條路徑。
而在最右側地球上的我們,設置兩個望遠鏡分别對準上下兩條光線通路,那麼每個望遠鏡将觀察到作為粒子性質的光子,不會發生幹涉圖案,因為光子或者從上面繞過來,或者從下面繞過來。
科學家提出,用望遠鏡、光導纖維等工具,把兩條路上的光子引誘到延遲實驗裝置,從而完成星際版延遲雙縫幹涉實驗!
然而這個時候,每個望遠鏡将觀察到作為粒子性質的光子,并不會發生幹涉圖案,因為光子或者從上面繞過來,或者從下面繞過來。
而如果我們改用分光器把上下兩個方向來的光線合并,我們卻可以再次得到光子自身的衍射圖案,從理論上來說,是的。作為粒子一路旅行過來的光子是無法産生衍射圖案的,必須是波才行。
要知道,它們在數百萬年就已經出發,它們的旅程早已在出發前就已經被決定,也就說,當人類決定觀察它們的時候,它們在數百萬年前決定好的旅程路線就發生了變化!
惠勒後來引玻爾的話說,“任何一種基本量子現象隻在其被記錄之後才是一種現象”,我們是在光子上路之前還是途中來做出決定,這在量子實驗中是沒有區别的。曆史不是确定和實在的——除非它已經被記錄下來。更精确地說,光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間“到底”在哪裡,是個什麼,是一個無意義的問題,我們沒有權利去談論它,它不是一個“客觀真實”!惠勒用那幅著名的“龍圖”來說明這一點,龍的頭和尾巴(輸入輸出)都是确定的清晰的,但它的身體(路徑)卻是一團迷霧,沒有人可以說清。
然而惠勒的解釋依然沒有撥開這個實驗所籠罩的迷霧,即使是哥本哈根解釋也是等待驗證的假說。
電子雙縫實驗的恐怖之處在于它打破了世界的真實性,所有你看到的一切都不是真實的樣子,世界每一秒都在變化,意識将決定你看到的是什麼,這個世界的虛幻究竟是如此産生、存在,就是一個謎!
除此之外,它也讓我們在思考,究竟這個世界上是不是真的有造物主的存在,它設定好了一個既定的運行法則,不允許任何人窺探,也不容任何人打破,而人類的想法一旦産生,過去就會發生改變,從而修正最終的結果!
雙縫實驗的奧秘,也至今無人能懂~~
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