為何說雙縫干涉實驗詭異?普通中學實驗,卻揭示出自由意志的真相

科普觀 發佈 2022-07-24T11:08:57.467491+00:00

物理學有許多奇妙之處,哪怕是中學時期初步學習的東西也大有玄機。相信學過物理的朋友都聽說過雙縫干涉實驗,這是一個讓無數科學家為之爭論,甚至感覺可怕的詭異實驗。那麼,雙縫干涉實驗這個看似普普通通的中學實驗,到底隱藏了什麼不為人知的秘密呢?

物理學有許多奇妙之處,哪怕是中學時期初步學習的東西也大有玄機。

相信學過物理的朋友都聽說過雙縫干涉實驗,這是一個讓無數科學家為之爭論,甚至感覺可怕的詭異實驗。

那麼,雙縫干涉實驗這個看似普普通通的中學實驗,到底隱藏了什麼不為人知的秘密呢?

雙縫干涉實驗

愛因斯坦曾因不滿量子力學的隨機解釋,說出了「確信上帝不會擲骰子」的著名言論。

可隨著越來越多的科學實驗證明了微觀物質的不確定性,讓人們產生了懷疑,而這一切還要從托馬斯·楊的雙縫干涉實驗說起。

雙縫干涉實驗就是一個固定光源通過單縫獲得一個線光源,然後讓這個新光源通過雙縫,最後在光屏上得到干涉圖樣。而它的神奇之處在於,兩條狹縫之間的光源會因為相互之間的干涉,疊加形成多條平行光,也就說明光是具有波動性的。

在此之後的1905年,愛因斯坦解釋了光電效應,說明了光的粒子性,並且大家都認為粒子性和波動性是天然對立的,於是科學界開啟了關於光的波動性和粒子性的爭論

直到1924年,法國物理學家路易·維克多·德布羅意提出了光的波粒二象性,它的提出很好地解決了波和粒子的矛盾,也更好地解釋了雙縫干涉實驗的實驗結果,為物理學打開了一扇新的大門……

說到這裡,很多人可能會覺得疑惑,既然雙縫干涉實驗的實驗結果都有了科學解釋,那為什麼還要說這個實驗可怕呢?

雙縫干涉實驗的詭異之處

實際上,這個實驗在後來已經被很多科學家重複驗證。發展到最後,人們認為微觀世界的質子、電子和其它基本粒子也都具有波動性,於是有物理學家就選擇了容易觀察的電子作為實驗對象,開展了著名的電子雙縫干涉實驗

與基礎實驗的操作一致,實驗者使用電子束射向雙縫擋板,後面同樣出現了多個條紋,但在好奇心驅使下,實驗者想知道電子是如何穿過雙縫的,於是使用了探測器對其進行觀察,沒想到卻出現了詭異的一幕。

在觀察時,電子束只通過了一條縫,並且在後面的投射屏中也只能看到一條條紋,與最初的結論截然相反。這讓操作者百思不得其解,還懷疑實驗器材出故障了,可經過多次重複的實驗觀察後,依然是同樣的結果。

這像極了電子是有「自由意志」的,當未採用技術觀測時,人們看到的是透過雙縫形成的多重疊加態,而一旦進行技術觀測,電子束又會只走一條縫形成一個條紋……

於是很多科學家都認為這個實驗細思極恐,仿佛所有的微觀物質都會在「確定」與「不確定」之間反覆「橫跳」,就像透過雙縫的電子一樣,它可能是一個電子,也可能不僅是一個電子。

在這種量子的疊加原理中,所有微觀粒子的未來都具有隨機性,而未知的東西往往最令人恐懼……

關於雙縫干涉實驗的解釋

此後也出現過很多類似的實驗,有學者大膽指出:粒子性和波動性可以同時存在,但不能同時表現,即一次只表現為一種性質,微觀物質在有觀測者的情況下會維持理論上的運動,在無觀測者情況下表現則為無序混亂的,具有不確定性和隨機性。

從哲學角度去思考,其實詮釋的就是對立統一的觀念,雖說物質決定意識,但說不定意識也在量子力學的世界中,在無形中改變了物質的性質……

寫在最後

當然,在物理學中,類似雙縫干涉實驗的還有貝爾不等式檢測。如果說雙縫干涉實驗的結果,證明了在量子世界中,微觀物質粒子是存在「自由意志」的,那麼貝爾不等式檢測則對我們生活的這個世界的真實性,做出了判斷

因此從某種意義上來說,貝爾不等式檢測甚至比雙縫干涉實驗更加恐怖。

看似簡單的實驗,可能不僅僅在幫助我們理解物理原理,從另一個角度來看,還給我們看待這個世界提供了新的視角。

當覺得人生失意悲觀時,想想這只是上帝投骰子的遊戲,而人的主觀能動性也是可以將不確定變成確定的,這樣的生活是不是就顯得沒那麼糟糕了?

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