双缝干涉实验

2021年10月6日光学1,630阅读模式

根据光的、电子的等量子双缝干涉实验的结果, 量子在狭缝处做了什么及其间路径具体如何,人们不得而知。 正如海森堡所说,“电子的路径只有在我们观察它时才会存在。”量子双缝干涉实验的基本仪器设置和实验结果很简单,可是它的物理涵义至今无人能懂,没有人能说清楚。

双缝干涉实验

双缝干涉实验

从古希腊开始,人们对光的本质就存有争议。 欧几里德、托勒密等认为“光”是某种从眼睛到被观察物体的光线,亚里士多德假设相反。1672年,另一场关于光的本质的论战爆发了:牛顿认为光是某种粒子,胡克和惠更斯认为光是某种波。1801年,托马斯·杨通过对光进行双缝干涉实验,结果是干涉模式。 因此,牛顿错了:光是一种波。

双缝实验

电子双缝干涉实验,我们简称其为双缝实验,电子双缝实验是量子力学中一个极具有代表性的物理实验,它使得物理学家对于人的意识与物质的关系陷入了更加深刻的思考。

双缝实验
波粒二象性

所谓量子的“波粒二象性”,不是代表量子的波粒二属性。“波”和“粒”的概念,来源于我们宏观世界所观察到的“波”和“粒”的经典概念。要明白这个“波粒二象性”,首先需要明白的是宏观“波”和“粒”的基本概念。下面,我们用宏观的子弹作为“粒子”,以水波的“波动”为例,简单解释“波”和“粒”的基本概念。

波粒二象性

以后又有了电子的双缝干涉实验,我们在屏幕上看到的看起来与我们之前看到的光的双缝干涉图案相同。还有许多双缝干涉实验实验的变种,所测试的实验结果依然一样。有人可能会说我们应该做“更好”的实验。 海森堡不确定性原则说,不存在这样一个更好的实验。 爱因斯坦特别花了很多时间来设计这样一个更好的测量,其所有的尝试都失败了。

量子力学的历史,可以说就是一部探索双缝干涉实验的奥秘的历史。费曼认为,理解双缝干涉实验中所发生的在某种意义上等同于理解量子力学。

双缝实验

量子力学通过100多年来的全面、严谨的实验验证与实际应用,至今未发现一个预测与量子力学的实验结果相矛盾。可是,在这个看起来既简单又基本的双缝干涉实验面前,量子力学可惜还稍逊风骚。如果从1801年的杨氏双缝干涉实验算起,200多年来物理学家们一直在探索这一基本实验的奥妙,“引无数英雄竞折腰”。

双缝干涉实验给予我们的基本启示是:你所看到的世界只是一部分,我们不可能同时看到事物的方方面面,事物不是完全我们所能想象得到的,什么是真实地真正存在的“真实”?有的“真实”,实际上是我们的五官的错觉或完全不可能直接观察、不可能直接感觉得到的,甚至是我们的大脑思维难于想象的。

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