電子雙縫干涉實驗,為何讓科學家感到恐怖?

2022年06月26日21:14:12 科學 1071

人類科學史上,做過很多實驗,實驗也是推動人類科學不斷發展的重要力量。但是有那麼一些實驗,結果卻讓科學家們感到很恐怖。

比如說,著名的電子雙縫干涉實驗。

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這個實驗是經典物理與量子物理的一場碰撞,碰撞過程產生了「激烈火花」,同時也推動了量子力學的發展。

首先,簡單了解一下我們非常熟悉的經典物理學。在三百多年前,牛頓橫空出世,提出了統治物理學界幾百年的萬有引力定律和力學三大定律,奠定了經典物理學的基礎。

牛頓的經典物理學描述的是低速世界下的宏觀物體運動規律,宇宙萬物是確定的,可描述的,具有因果關係。

在這種世界觀下,大自然存在著客觀的自然規律,我們只需要找到它就可以描述宇宙中的萬事萬物,這也是所謂的「決定論」:萬物是可描述的,有規律可循的。

而我們的日常生活經驗也確實告訴了我們這點,與我們的感知非常相符,所以大家都對牛頓的經典物理學深信不疑。

以至於當量子力學橫空出世的時候,愛因斯坦薛定諤的物理學界大佬都無法相信量子力學中的詭異現象,更不要說普通人,可見經典物理在人們心目中早已根深蒂固。

下面來具體說一下電子雙縫干涉實驗為何很恐怖。

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長話短說。電子發射槍,帶有兩條狹縫的擋板,擋板後面是接收屏幕。

在人們的固有概念里,電子是實在的粒子。所以向兩條狹縫發射電子時,屏幕上應該呈現兩條條紋。

但事實上並非如此,屏幕上呈現的是明暗相間的干涉條紋。這說明電子並不是粒子,也是一種波,具有波的特性。在電子穿過兩條狹縫之後,發生了干涉,才產生了干涉條紋。

緊接著科學家一個一個地發射單個電子,但干涉條紋仍舊出現,這就很不可思議了。單個電子怎麼可能會出現干涉現象呢?難道電子同時穿過兩條狹縫自己與自己發生了干涉?

科學家們很聰明,他們想到了在狹縫旁邊安裝了探測器,看看電子到底是如何通過兩條狹縫的。

這時候讓人匪夷所思的事情發生了:當科學家試圖觀測時,干涉條紋消失不見了,呈現的是兩條條紋。而當探測器再次打開時,干涉條紋又出現了!看起來就好像電子知道科學家正在觀測一樣!

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這讓科學家百思不得其解!

波爾為首的哥本哈根學派提出了「互補性原理」,認為不僅僅光子,電子也具有波粒二象性,既是粒子也是波。我們無法確定電子的位置,只能用概率去描述,只能計算出電子在某個位置出現的概率。要想確定電子的概率,只有通過觀測。

愛因斯坦和薛定諤等人對於這種「不確定性」詮釋無法接受,因為那將意味著世界也是不確定的,不可描述的,這與經典物理中的「決定論」背道而馳。

也因此出現了愛因斯坦與波爾辯論中提出了「上帝不擲骰子」的觀點。

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愛因斯坦與波爾的爭論持續了幾十年。目前來看,「不確定性原理」佔據了上風,成為主流科學界認可的理論。

不過對量子力學的探索遠遠沒有停止,因為正如物理學家費曼所說:沒有人真的懂得量子力學。人們對量子力學的探索之路還很漫長!

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