浅薄哲学（19）单光子双缝实验

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把有关量子力学的东西放到19节这么后面，其实就是表示前边18节的内容和现代物理，关系并非很大。大部分情况下，就算没有现代物理，那些困惑，或者说那些证明思路也是存在的。但是就像在现代物理诞生以前，人们根本就无从讨论原子结构为什么是固定的一样，我相信意识问题冥冥之中也是和现代物理相关的。我的意思是，如果在经典物理的框架下，意识问题看起来像是一个无解的困惑，你可以持某种特定的观点，但你永远只能停留在思辨的层次上欣赏你那种特定的观点。世界永远是以一种矛盾的形态呈现的：封闭的物理世界里，意识的存在带来了一些矛盾的问题，但是意识存在又是我关于这个世界最深层次的认识。但是矛盾总是存在的，如果这个世界是按照经典物理所说运转的话，原子结构为什么是稳定的，也会是一个深刻的困惑。

人们常说波粒两象性，说的是微观物质既可以是粒子，也可以是波，不过除了持某些特定的立场（比方Bohm式的），说的并非是物质总是波又总是粒子。确切地说，但其实也不大恰当，物质不被观察时是波，而被观察或者被捕获时就变成了粒子。

这里有个奇怪的问题就是，如果粒子在被观察时总是粒子，我们怎么知道它在不被观察时是波呢？是通过数学推导：如果我们决定不去观察它，而是通过它的初始状态来计算它最后出现在哪里的概率，我们肯定必须把那个观察时总是粒子的东西看成是波。

这个波的幅度是一个复数，如果取复数的绝对值，数学上叫做“模”，则是粒子出现在这个点上的概率密度。波是依据薛定谔方程做的运动。一种观点是，也许波并非真实存在的事物，它只是粒子在某个位置的可能性的一种数学上的表达而已，实际上粒子总是粒子，只是因为我们不了解它的位置，才把它看成波。

我直到大三那年都是这么理解的，所以我一直相信这是普通人最容易有的错觉。其实，问题就在于，假如它只是数学上的可能性的一种表达的话，它是不会产生影响的，但实际上两种不同的可能性互相产生了影响，说明它就不仅仅是数学上的表达那么简单了。

这么说可能抽象了一些，不过有一个最简单最形象的实验来说明这个道理，就是双缝干涉实验。这个实验的最初版本有一个光源，光源前边有两条缝，后边有屏幕。我们可以想象假如光是粒子的话，屏幕上应该是两条与缝对应的光条，但其实出现在屏幕处的却是n条条纹。通过数学计算，我们知道这是光波发生叠加之后在屏幕上的显现。

一开始人们以为是大量光子产生光波才会有的叠加现象。后来有人试着用每次只发射一个光子的机器去做同样的实验。结果神奇的事情发生了！光子通过两条不同的缝的可能性互相之间叠加，最后依然产生了条纹状的样式。大量光子互相叠加还不算奇怪，一个光子怎么也能自嗨？光子穿过a缝的可能性既然可以和穿过b缝的可能性产生物理影响？这真是奇怪！

这就像你去厕所的可能性踢了你去客厅的可能性一脚一样难以理解。

就我所知，有些物理科班的同学，只要不关心这方面问题，也不一定会正确理解这件事。我曾经和两个物理系的同学讨论过这个问题，第一个是一个妹子，现在已经投入到人民教师的队伍，她说过以前做这个实验，以为是前一个粒子和后一个粒子产生了作用。不是这样的o>_

另一个是我初到香港认识的一位材料物理的同学，他坚决不相信做过单光子的双缝实验。他的坚定使我自己都产生了怀疑。我当时只能说，你回去查查维基百科。第二天他和我说他错了，单光子实验真的做过。然后他问我为什么会有这种奇葩事发生？

不过虽然不能理解，还是可以接受。不过我个人的观点是，如果说这个世界只有薛定谔方程的话，说这个世界是因果闭合是没问题的。问题就在于这个世界有一种过程，物质会从波的状态突然变成粒子的状态。这个过程在人类世界就是发生在粒子被测量的时候，不过不排除其它情况下也会发生。而这个过程是不包含在我们物理世界的因果图象里面的。量子力学没有一个规律会说什么时候测量会发生，它只说了，测量发生时会怎么样。

所以因果闭合的世界是有缺口的。

不过我这个观点是个人想法，希望有物理系的可以讨论讨论这个问题。但有一点我认为是大概率成立的，就是量子力学打开了一个这样的世界，这个世界很可能确实并非因果闭合的。

最后介绍两本书，一本是格里菲斯的《量子力学概论》，一本是《量子之谜》（quantum enigma），后边一本书写得通俗易懂，不过也有评论也认为有点江湖术士的味道。不必理睬那些从结果判断一本书的人。如果你真的想知道《量子之谜》书有没有骗人，那你钻研量子力学并勤加思考咯。