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無處不在,同時又無處在的量子論所描述的世界!

無處不在,同時又無處在量子論所描述的世界使人感到震驚,它的一幅圖像可以用圖11(b)所示的一個非常簡單的實驗來描繪。這是一個用電子來做的楊氏狹縫實驗。電子源每次向兩條狹縫只發(fā)射一個電子,狹縫后面是一只熒光屏S,它用一次閃光來顯示電子到達了屏幕。

在這個實驗中,熒光屏上會出現(xiàn)一幅干涉圖樣,上面電子數(shù)目的分布與熒光屏上的位置有關。我們回想一下,電子既不是粒子也不是波,但是具有兩者的屬性。如果電子是粒子,它只會或者打中障礙屏而被撞回,或者穿過兩條狹縫之一,從而引起熒光屏X處或Y處的閃光[圖11(a)]。重復做這個實驗,將會在X處和Y處引起同樣多的閃光。另一方面,如果電子是散布在空間中的波,則波狀擾動將同時經(jīng)過兩條狹縫[圖11(b)],正像池塘中水的漣漪相互重疊會發(fā)生干涉一樣,電子波也會在屏幕上產生特有的干涉圖樣,呈現(xiàn)我們看到的強度的峰和谷。

量子力學到底預示了什么呢?像賭賽馬,它僅僅給出了成敗的幾率,即使只有一個電子時也是如此。實際上,它給出的是電子到達屏幕上每一點的可能性。

它能夠絕對肯定地告訴我們的,僅僅是在什么地方不會發(fā)現(xiàn)電子。在這種情況下,如果把電子想象為點粒子,則量子力學就意味著,電子可以到達屏幕上任何一點,只是要除去按波解釋時波的強度為零的那些地方,這些地方電子到達的幾率是零。發(fā)現(xiàn)電子的幾率隨著屏幕上的位置的變化,與波的干涉所預示的波強度的變化完全一致。

然而,電子最終是到達一個固定位置,而不是擴展到整個屏上。只有足夠多的電子經(jīng)過儀器時才能建立起干涉的圖樣。能夠更清楚地顯示這一點的量子力學的一個優(yōu)美的表述形式,是美國理論物理學家費曼(RichardFeynman)在20世紀40年代提出的,當時他是普林斯頓大學的一名研究生。通常把這種方法稱為量子力學到底預示了什么呢?像賭賽馬,它僅僅給出了成敗的幾率,即使只有一個電子時也是如此。實際上,它給出的是電子到達屏幕上每一點的可能性。它能夠絕對肯定地告訴我們的,僅僅是在什么地方不會發(fā)現(xiàn)電子。

在這種情況下,如果把電子想象為點粒子,則量子力學就意味著,電子可以到達屏幕上任何一點,只是要除去按波解釋時波的強度為零的那些地方,這些地方電子到達的幾率是零。發(fā)現(xiàn)電子的幾率隨著屏幕上的位置的變化,與波的干涉所預示的波強度的變化完全一致。然而,電子最終是到達一個固定位置,而不是擴展到整個屏上。只有足夠多的電子經(jīng)過儀器時才能建立起干涉的圖樣。能夠更清楚地顯示這一點的量子力學的一個優(yōu)美的表述形式,是美國理論物理學家費曼(RichardFeynman)在20世紀40年代提出的,當時他是普林斯頓大學的一名研究生。通常把這種方法稱為量子力學所能告訴我們的,是這個電子將會在熒光屏某個地方引起閃光,但波強度為零的那些地方除外。這種可能性如何變成現(xiàn)實性呢?閃光可能在屏上多處地方出現(xiàn)。然而,幾率轉變?yōu)榇_定性是由測量實現(xiàn)的:一旦在某個特定的地點發(fā)現(xiàn)電子,在其他地方發(fā)現(xiàn)它的幾率就完全降到零。

只有在實驗重復大量次數(shù)的情況下,幾率分布才變得有意義,也才能得到干涉的圖樣。如果認為量子力學給出了最基本的描述,那么詢問電子的行蹤就沒有意義,除非電子已經(jīng)打到了屏幕上。因此我們只好得出結論說,電子是以某種方式擴散在空間和時間之中,它從兩條狹縫中都穿過并且自己與自己發(fā)生干涉,直到最后奇跡般地瞬間瓦解在屏幕上某一點處,這地點完全是隨機的。因而,我們可以說,電子是無處不在,同時又是無處在。

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