如果你對量子物理僅有一些認知，我負責任地說——你的認知一定是錯的

很多人對量子力學的認識都來自于科普賬号，伴随着神秘的BGM，看到一些不可思議的實驗，得出了不可置信的結論。他們告訴你，觀察會決定結果，未來會決定過去，這颠覆了你對這個世界的認知。但因為量子力學描述的并不是宏觀世界，所以你懷疑微觀世界可能就是這樣的，就好像我們的生活必須合情合理，新聞裡的世界就可以光怪陸離。

但事實上，他們說謊了，你們被騙了~微觀的世界并不是這樣。

所以今天就讓我們一起，拆解這些量子力學的謊言，準備好了嗎？

Esskeetit !

1807年英國學者托馬斯揚做了一個實驗，讓一束特定顔色的光，通過有兩條縫隙的隔闆，大部分的光會被隔闆擋住，另外的一小部分會通過這兩條縫隙，投在屏幕上。

這時屏幕上會出現這樣的幹涉條紋。

因為單獨一條縫隙出來的光可以投在幕布的任意位置，而兩條縫隙的光會因為波峰和波谷相互疊加，抵消或加強，而産生明暗條紋，這證明了光的波屬性。

1909年英國物理學家傑弗裡.泰勒又做了一個實驗，它用一粒一粒發射光子，當前一個電子到達屏幕之後，再發射下一個光子，屏幕上依然産生了幹涉條紋。那麼這些獨自前行的光子是怎麼互相幹涉的呢？

一粒光子，要麼通過縫隙A，要麼通過縫隙B，最後的結果應該是屏幕上隻有兩條亮紋。同一時間通過縫隙的光子隻有一個，不存在跟其它光子幹涉的可能，除非這粒光子同時通過了兩條縫隙，自己跟自己幹涉。

1937年c.j.戴維斯和G.p.托馬森也通過單電子雙縫幹涉實驗也證明了電子同樣具有波動性。

一個電子同時通過兩條縫隙，從宏觀角度來看，這是不可能發生的，但在微觀世界确實如此，如同費曼所說：電子它不單是波和也不單是粒子，不是你在經典宏觀世界看到的任何東西。

它就是這樣，接受就行了。

這就是著名的雙縫幹涉實驗，它證明了所有的微觀粒子都同時具有波和粒子的雙重屬性，也就是微觀粒子的波粒二象性。

在這個實驗的基礎上，延伸出了多個變種實驗，其中最神秘的就是費曼的雙縫幹涉實驗，謊言就出在這個實驗上，我先來描述一下這個實驗傳說中的樣子——

在傳統的雙縫幹涉實驗中設置一個探測器，用來觀測電子是如果通過雙縫的，這時候就會發生一個神奇而又詭異的現象。當發射電子時，關閉探測器，屏幕上就會出現幹涉條紋；而如果打開探測器，觀測到電子具體通過哪個縫隙，那麼最後打在屏幕上的就是兩條亮紋。一開始科學家覺得匪夷所思，經過多次反複實驗，結果始終就是這樣。

OK，以上就是坊間的大緻傳聞，你聽過這樣的說法嗎？

如果我說，這個實驗從來沒有發生過呢，你還覺得神不神奇？

現在我告訴你——這個實驗确實存在[奸笑]

聽我說完~這個實驗的真實描述應該是這樣的——

1965年理查德費曼提出一個思想實驗，假設電子通過縫隙之前擺上一個探測儀器來觀察電子通過了哪條縫，費曼預測幹涉圖樣将徹底消失。

劃重點——思想實驗。

這個傳說中的實驗其實從來都不是真實的，隻是一個設想出來的實驗。

而這個思想實驗要證明的也從來不是什麼觀察決定結果，而是微觀粒子的互補性——微觀粒子不能同時展示出兩種行為，以粒子來描述過程，結果就必然是粒子的，以波來描述過程，結果就是波的。在同一時刻内，波動性和粒子性是互斥的，不會在同一次測量中出現。

舉個宏觀世界的不恰當的例子（關于微觀粒子的舉例本質上都是不恰當的，因為微觀的理論無法用宏觀概念闡述），你在測視力的時候，得不出一個聽力的結果，測聽力的時候也得不到視力的結果。這兩個測試的描述過程，無論如果不會得到另外的結果。

這個思想實驗沒辦法真實呈現， 很簡單，因為我們沒辦法真實觀測一個微觀粒子穿過了哪個縫隙。任何一種宏觀意義上的觀察，都會影響微觀粒子。如果一顆光子要被觀測到，那就意味着要被觀測儀器吸收，那麼這顆光子就不會成像在屏幕上了。

不恰當的例子又來了——如果我要用鏡子反射太陽光到一面牆上，你非說要看看，那我把光反射到你眼睛裡了，牆上的光點就沒有了~~（爛）

互補性就是微觀粒子的重要基本屬性。

而坊間傳聞的這個實驗，卻是體現了傳播者對微觀粒子另一個基本屬性的誤解——不确定性。

海森堡于1927年提出不确定原理——我們不可能同時知道一個粒子的位置和速度，粒子位置的不确定性必然大于或等于普朗克常數除以4π（∆x * ∆P ≥ h / 4π），這體現 了微觀世界粒子的行為特殊性。這裡面∆x 是位置的變化量，而∆P是動量的變化量，他們的乘積是一個常數，這就意味着當位置變化量越小，動量的變化量就會越大。

為什麼會這樣呢？剛才我們提到了微觀粒子的波粒二象性，我們要測量粒子準确的位置就要波長盡量短，波長越短就越呈現非連續化的粒子特性，對被測粒子動量幹擾就越大，而要測量準确的速度就要波長盡量長，波長越長被測粒子的位置就越不精确。

簡單說來，當微觀粒子的位置和動量其中一個越确定，另外一個就越不确定。

坊間的傳說把這種不确定性跟觀察者效應混為一談了，然後錯誤地應用在了證明微觀粒子互補性的實驗中了。

量子力學的本質是不确定的，微觀粒子是不能同時展現出波和粒子兩種行為的。

這才是雙縫幹涉實驗證明的結論。

從來都沒有證明過所謂——觀察能決定結果。

觀察決定結果，是哲學的。

量子力學是描述原子和亞原子尺度的物理學理論，簡單說來，如果我們的世界是一篇文學巨著，優美的辭藻，宏大的場面，細膩的刻畫，這都是我們對它的體悟。文章的内容——我們假設它是宏觀低速世界。

而另有一些東西是看起來跟這些無關的，比如文章的載體——紙張的色澤，薄厚，材質，這些表述無論如何都不會影響文章的内容，因為尺度的巨大跨度，它們的描述無法互通。承載文章的載體——我們假設它是宏觀高速世界。

然後是，字體。同樣無論用什麼樣的字體，都不影響文章内容，它的高矮胖瘦長短粗細等等描述也跟文章以及紙張完全不同。文章字體的規格——我們再假設這是微觀高速世界。

你會發現這三個領域的描述完全無法互通，一切适用于其中一個領域的描述都無法描述其他兩個領域，這就是宏觀與微觀，高速與低速的區别。

尺度不同，規則不同。

我們無法套用宏觀世界的理論去描述微觀世界，量子力學把非預見性或随機性的不可避免因素引進了科學。

量子力學之所以難以理解，是因為它存在的意義就是為了解釋我們難以理解的世界，這個世界本身就是反常識，反宏觀的，如果我們帶着宏觀世界的經驗去理解它，就會被束縛。

可我們都生活在宏觀世界，所有的認知都是基于這個世界的，而所有試圖理解量子力學的人，都必然掌握了相當的宏觀物理理論知識，這本身就是妨礙我們對量子力學的認知的。

如果你想理解量子力學，那請你一定記住下面的話——

量子力學之所以會誕生，本就是因為無論牛頓力學體系還是相對論體系，都無法适用于微觀領域，所以量子力學是反常識反宏觀的，不能用宏觀概念闡述；

量子系統是概率性的，是測不準的（不确定原理——即測不準原理）；

量子的某些性質同時隻能确定展現一個，是互補的（互補原理）；

而當大尺度量子行為延伸到經典範圍内時，它應該是接近經典物理行為的（對應原理）。

量子力學很有趣，科普圈的關于它的謠言仍然有很多，比如量子擦除實驗與延遲選擇實驗，如果大家感興趣，我會找機會再專門給大家講解~

OK，以上就是這期視頻的全部内容，感謝大家的關注和點贊。

這裡是科學朋克，我是哭蛹~

我們下期 ，再見

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