电子双缝干涉实验

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1921年，爱因斯坦因为“光的波粒二象性”这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。

“光的波粒二象性”解决了光是什么的问题，人们万万没想到一个新的、更加令人匪夷所思的物理学问题又横亘在物理学家们面前。为此，爱因斯坦与玻尔两大掌门竟反目成仇，展开华山亮剑！

这回惹祸的是谁呢？电子。

在量子力学发展史上，有一个划时代的实验必须提到，它就是大名鼎鼎的“电子双缝干涉实验”，它被评为“世界十大物理实验之首”。

电子双缝干涉实验研究的还是波与粒子之争，这次焦点是“电子到底是波还是粒子”？电子怎么能是波？这根本不应成为问题，但它却引发物理学界将近一个世纪恒久的争论。我们先来看实验：一把电子枪、一块中间开两条竖缝的挡板，在挡板的前面在放一个接受屏，电子枪射出电子束，电子束经过挡板，会在接受屏上出现电子撞击的条纹。大家不难想象结果是什么吧？电子是粒子呀，自然就像子弹一样在接受屏上出现两条条纹。但结果却让人大跌眼镜——接受屏上出现了叠加干涉条纹，就像水波、光波经过双缝出现的干涉条纹一样。天哪！难道电子也是波？

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物理学家们不甘心。他们改变实验，这回让电子枪每次只发射单个电子通过双缝。不急，一颗、一颗发射，结果会怎样？天啦噜！最后累积的结果还是波的干涉图样，多么使人哭泣的现象。好吧，我们只能承认电子是一种波，如果是这样，这个实验也没有什么神奇，后面发生的事情简直就是毁三观，显得更加鬼魅。

电子是波？那它是怎样穿过双缝的呢？这回我们要观察一下。屏住呼吸，可怕的事情即将发生！当人们通过观测设备来观察电子究竟是怎样通过缝隙时，干涉条纹竟然神奇地消失了，接受屏上出现了两条竖状条纹，就像子弹射过两条缝隙打出的条纹一样。子弹？粒子？嗯？停！停！停！发生了什么？干涉条纹哪里去了？波哪里去了？怎么人一观察这电子就由波又变成粒子了？观察？观察？发生了什么？哎！这波和粒子真是一对孪生兄弟，如此苦苦争斗，竟从光又杀到电子来了，演出了一场场物理学中的绝代双骄故事，这真叫人拍案惊奇。唏嘘不已。

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冷静!冷静!事情远比我们想象的要复杂。

假设在其中一个细缝前装上一个超级快速的快门，你可以在电子穿过细缝之后却还未被照相机捕捉之前打开或者关闭这个快门。然后，你向这个装置打出一个电子，并测量它的位置。这个细缝有时打开有时关闭。你将发现，如果打开一条缝，电子表现的就像一个粒子；如果打开两条缝，它则像是一种波─即使打开或者关闭的决定是在电子已经通过一个或两个细缝之后做出的。不知为什么，不知为什么，在光子通过细缝后，它竟“知道”其中一条缝稍后会关上。物理学家约翰·惠勒提出了这个实验，并称其为“延迟选择”设计。在实验室进行实验时，这种情形确实发生了。这意味着，光子不仅在空间上与自身纠缠，也在时间上与自身纠缠。事实上，真正使事情变得难以理解的是一种被称为“延迟选择量子擦除”的效应。该效应于1982年由物理学家马兰·斯卡利和凯·德鲁尔提出：哪怕实验结束了，已经记录下电子的位置，实验者依然可以决定光子通过的是一条缝还是两条缝!

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要理解这个奇怪的结果，有必要听取费曼的建议：

如果有可能的话，要避免老是问自己：“怎么会是这样？”因为这样你会陷在死胡同里“一无所获”──没有人能从死胡同里逃出来。没有人知道怎么会这样。

不只是没人知道怎么会这样，此外，这个异常简单的实验还提出了一个核心问题：在量子现实中，观察者的地位如何？它被称为“量子测量问题”：我们假定，在未被观察时该光子表现得如同一种波，那么，在我们决定观察它时，又是什么使得它“坍缩”为一个粒子呢？

有一点很重要，需要在这里澄清：我们从未真正地观察到电子（或者是光子、其他原子级别的物体）作为一种波存在。只有在我们不观察的时候，它才是如此表现的!

这意味着，当我们没有看电子的时候，电子就不是实在的东西，它像个幽灵向四周散发开来，以波的形态飘浮在空间中。你一睁开眼睛，所有的幻影就立马消失，电子的波函数在瞬间坍缩，变成一个实实在在的粒子，随机出现在某个位置上，让你能看到它。波尔的解释更加恐怖： 因为它居然认为世界是由意识决定的。互补原理是这样说的：电子既是一种粒子，也是一种波，它具有波—粒二重性。但在每一个特定的时刻，电子不可能既是粒子又是波，而只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波，这取决于是否有人观察它，当没人观察它时，它就是波，而一旦有人观察它，它就变成了粒子。

通俗的说， 比如你老婆要生孩子了，如果你不去看的话，会生一大胖小子，但是如果你去看的话，去观察整个生产的过程，那么生出来的就是一个猴子。

你说可怕吗？再比如说，你自以为了解你身后的世界，可是你知道吗？在你转身的那一瞬间，

你身后的世界变成了你看到的世界，在你看的前一秒，并不是那样的。

不是这个世界本来就在这里，而是你去看的那一个瞬间，世界变成了你看到的世界。

这个世界只是造物主想让你看到的那个样子，只是一个幻象。

在经典物理世界中，物体被认为是客观存在的，不依赖观察者；而在量子世界中则不必如此。实验者选择打开或者关上一条缝的决定，改变了电子的表现。

这在某种意义上，现实是由观察本身创造的，观察到的现实完全由观察者掌控的知识创建。如果是这样，观察者和被观察者的系统将是不可分割的。

在个人决定做什么和电子最后的表现之间存在的这种无法否认的关系到底是什么。又是什么引起了这种关系？这个问题还没有解决。

电子呀，你到底是波还是粒子？

厉害了我的哥！

好戏才刚刚开始！

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