時時頭條
  • 娛樂
  • 體育
  • 財經
  • 科技
  • 旅遊
  • 軍事
  • 育兒
  • 時尚
  • 遊戲
  • 歷史
  1. 首頁
  2. 科技

深度長文:解讀電子雙縫干涉實驗,電子為何“既是粒子又是波”?

2024-02-12 11:45:47

電子雙縫干涉實驗,堪稱人類物理學史上最偉大的實驗之一,也是讓物理學家們最頭疼的實驗,實驗過程和結果如此詭異,以至於讓物理學家們開始懷疑世界的真實客觀性。

實驗過程就不再詳述了,想必大家都有所瞭解,這裡劃重點來講述。實驗的核心就在於“觀察者效應”。

什麼是“觀察者效應”呢?具體來講就是,當我們不觀測時,電子會以波的形式穿過兩條狹縫,而當我們觀測時,電子就會以粒子的形式穿過狹縫。

也就是說,觀測與否會影響到電子呈現的狀態:不觀測時,電子錶現出模糊的波動狀態,而觀測時,電子錶現出確定的粒子狀態。

往深了講,世界到底呈現何種模樣,取決於我們是否觀測。顯然這大大違背了我們的固有認知:世界是客觀存在的。無論我們觀測與否,世界就是本來那個樣子。

就像愛因斯坦曾經提出這樣的質疑:當我們不看月亮時,難道月亮就不在那裡嗎?

很顯然,電子雙縫干涉實驗完全顛覆了人類的固有認知,但這僅僅只是開始,在之後物理學家們對實驗進行不斷改良過程中的發現,才真正顛覆了人們的三觀。

第一次改良:物理學家們想看看電子到底是如何同時穿過兩條狹縫的,於是在狹縫旁邊安裝了探測器進行觀測。這裡有必要強調一下,並不是我們日常生活中經常看到的監控探測器,而是一個通電線圈,大家知道就可以了,總之物理學家們有的是辦法獲取電子的路徑資訊。

但是不看不要緊,看了之後物理學家們 更是一頭霧水:他們並沒有看到電子同時穿過兩條狹縫,而是乖乖地穿過其中一條狹縫,而電子接收屏上的干涉條紋也隨之消失了。這意味著在物理學家們觀測電子時,電子不再表現為波動性,而是粒子性。

很顯然,物理學家們的觀測行為改變了電子的狀態。物理學術語來講就是,觀測導致電子的“波函式坍縮”,從波動狀態坍縮為粒子狀態。

電子就好像擁有意識一樣,好像早就知道物理學家們準備幹什麼,並隨時做出一定的反應來應對物理學家們的觀測。

第二次改良:物理學家們不再直接觀測電子是如何透過兩條狹縫的,擔心這樣真的會影響電子的狀態,而是等到電子穿過兩條狹縫後,再進行觀測。這就是延遲實驗

但是,電子仍舊錶現出了粒子狀態,原來明暗相間的干涉條紋仍舊消失不見了。

物理學家們開始懷疑人生了:明明電子已經穿過狹縫了,按理說該是什麼狀態就是什麼狀態,人們不可能再去改變電子穿越狹縫的行為,為什麼原來的干涉條紋也會消失呢?

物理學家們不甘心接受如此“喪心病狂”的結果,他們都是極具智慧的群體,於是又對實驗進行了改良,這次改良徹底改變了觀測行為對粒子的影響。

第三次改良:物理學家們懷疑前兩次實驗或許觀測行為多多少少都會影響到電子,那麼有沒有什麼方法在觀測的同時,不會影響到電子的狀態呢?

物理學家們還真的想出了一個辦法:利用詭異的量子糾纏原理。具體怎麼操作的呢?

過程有些複雜,這裡就以通俗的方式來長話短說。一對糾纏中的電子經過處理後,分別朝著兩個不同的方向飛行,方便起見,把兩個電子分別命名為甲和乙。

甲和乙運動一定距離後到達接收電子的螢幕,不過兩個電子運動的距離並不一樣,甲運動的距離短,而乙運動的距離稍長。

如此一來,甲就會率先到達接受螢幕,在螢幕上形成干涉條紋,當然需要多個電子才可以。而乙到達螢幕的時間會晚一些。

物理學家們是這樣操作的,在甲到達接收螢幕形成干涉條紋之後,而乙還沒有到達螢幕之前,對電子乙進行觀測,他們發現電子甲原本已經形成的干涉條紋竟然也會神奇消失!

這太不可思議了,你知道這意味著什麼嗎?

意味著物理學家們改變了原本已經發生的事情,因果律就這樣被打破了!

同時,物理學家們並沒有直接觀測電子甲,只是觀測了與甲相互糾纏的電子乙,但即便這樣,也會影響電子甲的行為。

而且在物理學家們不再觀測電子乙時,電子甲原來的干涉條紋又重現了。

這次改良實驗就是傳說中的“量子擦除實驗”,完全顛覆了人們固有印象裡的因果律,未來竟然可以影響過去!

面對這樣的結果,物理學家們真的不知所措了,他們開始懷疑現實是否真的客觀存在,因果律是否在任何時候都成立?這個世界的存在難道真的是因為我們的觀測行為嗎?

看到了吧,這就是讓所有人都瘋狂的電子雙縫干涉實驗!

但瘋狂歸瘋狂,物理學家們必須給出相應的解釋,不管解釋本身能不能讓人信服,總得有解釋吧。

當然,對於如此瘋狂的實驗,科學界有很多種解釋,不過比較正統的解釋還是哥本哈根詮釋,被主流物理學界所接受。

哥本哈根詮釋的核心就是不確定性,或者說“疊加態”,任何微觀粒子都具有不確定性,都處於不同的疊加態,而這種不確定性和疊加態才是量子世界的本質。

什麼意思呢?

通俗來講就是微觀粒子都具有“波粒二象性”,既可以表現出粒子特性,也可以表現出波動性,具體表現出什麼特性取決於我們是否觀測,觀測了就是粒子性,不觀測就表現為波動性。

但其實“波粒二象性”的解釋更多的是物理學家們的無奈之舉,或者說中庸之道,說點不好聽的就是“人類很無知”,我們並不知道微觀粒子為什麼具有“波粒二象性”,只是根據微觀粒子的具體表現結果來倒推出“波粒二象性”的結論。

也可以這樣通俗理解,光子,電子等微觀粒子本質上就是波,而不是粒子,理論上它們無處不在,甚至可以隨機出現在宇宙中的每個角落。而當我們進行觀測時,光子和電子等微觀粒子只是恰好出現在了我們觀測的地方,讓我們感覺到微觀粒子就在那裡,讓我們看到微觀粒子的粒子特性而不是波動性,而這,就是“波函式坍縮”。

由於波這種東西就是無處不在,所以,無論我們看向哪裡,都會看到波出現在我們觀測的地方!但為什麼本來是波的微觀粒子為什麼會因為我們的觀測,瞬間就坍縮為粒子呢?

這種“波函式坍縮”的解釋其實也是“馬後炮”,正如“波粒二象性”一樣。其實物理學家們並不知道為什麼會出現“波函式坍縮”,只是根據觀察結果推匯出了“波函式坍縮”這樣的結論,去解釋微觀粒子的詭異行為。

說白了,所謂的“波函式坍縮”也只是假設,當然也可以認為是公理,公理的東西就無需解釋,就是那樣的。就像“兩點之間線段最短”這個公理一樣,這個公理就不需要解釋,因為人們觀察到的結果就是那樣的。

結論

其實物理學家們早就確定量子世界裡的詭異現象真的存在,比如說不確定性,疊加態,量子糾纏,量子隧穿效應等,並且早就利用這些詭異特性為人們所用,比如說,電晶體,超導材料,量子通訊,量子計算機,鐳射,電子顯微鏡等產品都含有量子科技。

雖然物理學家們並不知道量子世界詭異現象的底層邏輯到底是什麼,但確實知道那些詭異現象真的存在,並能夠利用那些詭異現象為人類所用。

同時,物理學家們也並沒有放棄尋找量子世界詭異現象的“底層邏輯”,因為他們堅信,那裡一定隱藏著更深層的宇宙奧秘!

熱門資訊
  • 蘋果推出 2699 元的 Apple Watch 金色鏈式錶帶,基於316L不鏽鋼 | 2024-11-13 07:12:53
  • 豪威OV0TA1B超小尺寸感測器釋出:支援人臉識別、存在檢測 | 2024-11-13 07:13:22
  • 運營商財經網康釗:沒想到國產大飛機C929研發進度這麼快! | 2024-11-13 07:23:09
  • iFixit 拆解蘋果 2024 款 Mac mini:7/10 分,極致空間最佳化 | 2024-11-13 07:25:54
  • 蘋果智慧家庭產品計劃曝光:攝像頭研發中 2026年生產 | 2024-11-13 07:30:50
  • 權力交接僅剩兩月,拜登“加速”向美晶片行業撥款 | 2024-11-13 07:36:27
  • 華為帶飛江淮!市值狂飆超千億,鴻蒙版"勞斯萊斯"將首秀 | 2024-11-13 07:36:31
  • 比亞迪方程豹汽車豹8釋出:首搭華為HiCar,37.98萬元起 | 2024-11-13 07:36:38
  • 最快3月見:蘋果將推出6英寸螢幕壁掛式智慧家庭裝置 | 2024-11-13 07:41:08
  • 2024年度化學領域十大新興技術有哪些? | 2024-11-13 07:41:12
  • 馬斯克做夢都沒想到!“星鏈”竟害了美國,幫中國探測美軍轟炸機 | 2024-11-13 07:41:16
  • 三季度中國耳機市場廠商銷額排名:蘋果第一 華為第二 | 2024-11-13 07:46:03
  • 蘋果有望明年3月推出智慧家庭顯示屏 庫克高度重視 | 2024-11-13 07:53:38
  • 蘋果將推出基於AI的智慧家庭 有望推動行業進入全新成長週期 | 2024-11-13 07:53:40
  • 家電3C的雙11:國補疊加大促,AI硬體、清潔電器受追捧 | 2024-11-13 08:03:03
  • 國外知名網站iFixit拆解M4 Mac Mini:7/10分 散熱優秀 | 2024-11-13 08:13:32
  • 李彥宏:百度從來沒對標過OpenAI | 2024-11-13 08:14:27
  • 創意無限:使用者自制工具“改造”蘋果 2024 款 Mac mini 電源鍵 | 2024-11-13 08:16:28
  • 蘋果擬推出壁掛式智慧家庭裝置 最快明年3月釋出 | 2024-11-13 08:53:03
  • 三星“自曝”One UI 7.0 圖示和關鍵設計元素 | 2024-11-13 08:56:40
  • 三星發力中小型 OLED 面板,明年產量預估 4.756 億塊、增長 10% | 2024-11-13 09:08:53
  • 乳酸促癌的原因找到了!《自然》子刊:原來免疫細胞都被“酸”死了 | 2024-11-13 09:25:07
  • 小米推出 90W GaN 三口充電器套售價 199 元 | 2024-11-13 09:32:50
  • 美光宣佈全球首款 61.44TB PCIe 5.0 固態硬碟 6550 ION 出樣 | 2024-11-13 09:32:53
  • 日媒稱中國電視品牌席捲日本市場 海信TCL銷量大漲 | 2024-11-13 09:33:32
  • 易加三維3D列印1.3米單件式鋁合金火箭推進器,使用大型計算工程模型設計 | 2024-11-13 09:41:13
  • 高畫質畫質打造娛樂觀影新體驗 當貝 Smart1 投影評測 | 2024-11-13 09:51:39
  • 華為小米等國產耳機發力:TOP15份額已超外資 | 2024-11-13 09:51:40
  • 安全用電好拍檔,太平洋高校超品日攜手航嘉共同走進武漢大學 | 2024-11-13 09:53:09
  • Mophie 推出新款 Qi2 車載充電器和三合一旅行充電器 | 2024-11-13 09:59:15
最近發布
突發!TVB知名女星毫無預警宣佈與未婚夫分手,結束長達八年情 面對被黑,蘭姐強勢迴歸。小菲狀態好轉,發宣告。更多內幕揭曉! 中國男籃決戰日本隊,首發五人曝光,廣東隊大贏家,徐傑第一後衛 孫穎莎奪女單冠軍!採訪謙遜立足拼,劉國樑給中國選手頒獎笑開花 分析 馬威交易取消後的影響:湖人還有什麼選擇?只能等休賽期? 火箭vs猛龍前瞻:範弗裡特有望復出戰舊主,火箭欲終結六連敗 梅西轟動宏都拉斯!當地媒體:這是世紀體育盛事! 登記開啟!金中、29中、13中等校動了! 開年暴擊!南京又一家機構跑路了? TechInsights:AI PC未能提振筆記本市場 2024年僅增長5% 睡覺時突然腿抽筋,就是缺鈣?錯!還有這4個原因,別輕易忽視了 泡泡瑪特又贏麻了!此前被調侃是“境內最大的博彩公司” 再也不用扎手指!5億糖尿病患者有福了 傳《尼爾:機械紀元》續作、新《古墓麗影》今年公佈 有工作經驗的畫素畫師如何寫簡歷? 離譜!Xun被搶3條龍,JDG仍然獲勝!Peyz力挽狂瀾,WBG痛失好局 將耗死在國際空間站?59歲美滯留女宇航員求救:喪失重要身體機能 華為FreeClip耳機玫瑰金開售 開放式聆聽設計 CBA俱樂部杯-山西淘汰北控晉級4強 原帥18分 小紅書上移民的中產:曾經北京七套房, 羨慕海外一張床, 如今卻...... 不可抗力停課2天以上退一半保教費,佛山幼兒園收費新規釋出 紅棉襯醉美,2020番順醉美青餅評測 華為FreeClip耳夾耳機玫瑰金配色開售:1299元 64歲寧波老闆,跨界無數次,給員工發8億,即將擁有第三家IPO? 卡友資訊股東持股情況變動 廣州“城市合夥人”:城市與人才的雙向奔赴 有人說孫穎莎粉絲是飯圈文化的時候 卻有些人用真金白銀愛孫穎莎! 男生剪“短髮”髮型乾淨利落,試試這3款,剪完帥氣提升顏值! 7個臀部訓練最佳動作,打造迷人的蜜桃臀! 偉大的4-2!林詩棟奪冠:新科世界第1誕生、超越王楚欽,狂攬3冠 新疆完美了!新小外強於皮特森+黑根斯,承認補強大外良性競爭! 林詩棟奪男單冠軍!採訪大談不容易太謙遜,單獨拍照露出笑容! 國乒最新戰報!林詩棟第2局11-8,衝3冠王,梁靖崑救2局點仍輸球 替補奇兵!快船大將5記3分助隊贏球 哈登好幫手 爆冷!北控男籃吊打奪冠大熱門球隊,外援決定比賽的走向 官宣離任,胡明軒宣佈重要決定,廣東宏遠遺憾,杜鋒祝福 又一個賈德松!崔康熙看人很準,魯媒:卡約又要錯過中國聯賽了 劉國樑憔悴!黑眼圈很重,擋住蒯曼被提醒,孫穎莎王楚欽被裁判整 林詩棟逆轉梁靖崑奪冠,成就三冠王,綜合實力更加突出 CBA最新外援註冊資訊,遼籃4人,新疆補充新援,廣東男籃放棄萊斯 大滿貫收官獎金排名:林詩棟三冠60萬第1,孫穎莎第2王曼昱10萬第9 臺灣律師分析大S遺產劃分,S媽要錢得看汪小菲臉色,打臉光頭安排 臺媒曝大S家人鬆手,讓出撫養權給汪小菲,希望馬筱梅善待孩子 二線白酒暴雷,狼真的來了! 搭上比亞迪,自動駕駛獨角獸,利潤大增170%! 炸裂!外資吹響“加倉中國”集結號背後:科技格局重塑與資產重估 這波夢幻西遊副本積分兌換真是血虧,四賜福的山賊值得買嗎? 《星戰亡命之徒》高階美工又回到CDPR 開發《巫師4》 《哪吒2》登陸北美,首映禮現好萊塢!有觀眾哭花眼妝:特效超預期,買票靠搶 曝張蘭被封年損失近4億,麻六記絕地自救太壯觀,員工曬張蘭近況

©2024 時時頭條 版權所有

隱私政策 | 服務條款 | 聯繫我們