一講到量子觀念，
就不得不提及一個非常著名的實驗，
電子雙縫干涉實驗！
這本來是為了探究微觀粒子的波粒二象性，
卻被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，
該實驗包含的信息遠(yuǎn)不止這些。
究竟這是一個什么實驗，
它的背后有著怎樣讓人震驚的訊息，
今天我們就來一探究竟！
額，
該如何向大家介紹呢，
請允許我借用偉大物理學(xué)家費曼的思路，
他對這一實驗的講解太過精彩，
我實在找不到比這更好的辦法來向大家說明其背后的奧妙。
OK
言歸正傳，
量子理論告訴我們，
微觀粒子具有波粒二象性，
也就是說它們既表現(xiàn)出了粒子行為，
也能表現(xiàn)出波的行為。
可是，我憑什么會相信這樣的理論？
恩，我需要事實來說話。
于是，為了了解粒子和波有什么不同，
我做了這樣兩個實驗。
一是子彈的雙縫實驗，
二是水波的雙縫實驗。
如圖，這是子彈的雙縫實驗。
在一邊，我放置了一把槍，
啪啪啪啪啪啪，
每分鐘打出了很多子彈，
在對面墻上有兩條縫，
子彈會隨機穿過這兩條縫中的一條，
后面接收屏上我安置了一個可移動探測器，
當(dāng)探測器在某個位置探測到子彈打過來，
就會滴地響一聲，
然后我統(tǒng)計在不同位置接收到的響聲次數(shù)，
之后就繪成了后面的曲線，
其中P1代表單獨開狹縫1時子彈打在不同位置的概率分布情況，
P2代表單獨開狹縫2時子彈打在不同位置的概率分布，
當(dāng)兩條狹縫同時打開，
子彈要么從縫1過來，
要么從縫2過來，
最終我們會得到疊加曲線P12，
子彈在中間出現(xiàn)的概率大，
邊上出現(xiàn)的概率小，
這就是粒子穿過狹縫后表現(xiàn)出的行為。
那么水波會怎樣呢，
如上圖所示，
探測器可以接收到水波能量強弱并給予記錄，
當(dāng)兩條狹縫同時打開，
接收屏上描繪出的曲線與發(fā)射子彈時的結(jié)果不一樣，
由于波同時穿過兩條雙縫，
隨后雙縫可以看作新的波源，
發(fā)射出兩串波在空間疊加，
最終屏上出現(xiàn)了強弱相間的條紋，
這就是波表現(xiàn)的特征。
顯然，波與粒子有著顯著差異。
好啦，那么我們接下來探測電子吧，
看看如果對著雙縫發(fā)射電子，
會呈現(xiàn)怎樣的圖像。
結(jié)果讓我們大吃一驚，
接收屏描繪出了波才有的結(jié)果。
那是否意味著，
電子同時穿過了兩條狹縫？
電子是粒子，
怎么能同時穿過兩條狹縫？
是啊，
我也不敢相信。
于是我想探測下，
電子是否真的同時穿過了兩條狹縫。
很簡單，
在雙縫后邊加一個光源，
只要能夠看清電子從哪個縫過來的不就好了。
沿著這種思路，
馬上行動，
我進行了改良版電子雙縫干涉實驗。
不可思議的現(xiàn)象出現(xiàn)了。
當(dāng)我們把光源打開，
看清了電子從哪個縫過來之后，
屏幕上的條紋沒有了?。?！
取而代之的是類似子彈射來時的結(jié)果。
可是當(dāng)我們把光源關(guān)閉，
條紋隨后就出現(xiàn)了?。。?/p>
這是怎么回事？？？
太簡單了！
你的光影響了電子的行為！
必須把光調(diào)“暗”！
對，是增加的那部分裝置影響了實驗結(jié)果。
那么我們就把光調(diào)“暗”吧，
于是我們調(diào)低了光的亮度，
可是結(jié)果依然呈現(xiàn)子彈的圖像！
再低！
還是子彈的圖像！
無論我們怎么調(diào)低，
除非我們把燈關(guān)掉，
圖像才會發(fā)生變化。
這又是怎么回事？
顯然，實驗結(jié)果并不受光的亮度影響。
那么，受什么影響呢？
光的顏色?。?！
其實，我們應(yīng)該想到，
光是量子化的，
每個光子的最小能量為hf，
由于光的頻率太大，
影響了電子的行為，
所以我們不能調(diào)暗光源，
我們應(yīng)該改變光的頻率，
把觀察光源的頻率調(diào)低！
紅橙黃綠青藍紫，
頻率逐漸增高，
所以應(yīng)該盡可能用靠近紅光的頻率來照射。
想到這些，
馬上換“燈泡”！
換完之后，滿懷期待地打開電源，
“燈”亮了，
接收屏上的條紋又回來啦！
可是，
悲劇的是，
由于紅光的波長較長，
它打在電子身上會引起散射，
我們看電子不再是一個點，
而是一個大大的圓斑，
條紋雖然回來了，
可是電子的圓斑太大，
我們根本無法判斷
電子到底從哪個狹縫過來的！
怎么辦？
我們再調(diào)高點頻率。
好！
可是詭異的事情出現(xiàn)了，
當(dāng)我們看清電子的時候，
屏幕上的條紋就消失了，
當(dāng)我們看不清電子的時候，
屏幕上的條紋就出現(xiàn)了。
這似乎可以理解為，
我們看清了電子，
它就是粒子，
表現(xiàn)出粒子的特征。
我們看不清電子，
它就變成了波，
同時穿過了狹縫
表現(xiàn)出波的行為。
如果電子是波，
我們就無法真正搞清楚它到底位于哪兒！
某些物理量永遠(yuǎn)不可能同時得到精確測量結(jié)果！
電子雙縫實驗還隱含著測不準(zhǔn)原理！
哇～
喔～
讓我來梳理下思路，
我們看電子的行為，
影響了電子本身的性質(zhì)，
我們以前之所以認(rèn)為電子是粒子，
是我們把電子“看”成了粒子！
當(dāng)我們不看它的時候，
似乎它可以彌散在整個空間，
以一種物質(zhì)場的形態(tài)出現(xiàn)，
然后通過物質(zhì)場的作用，
表現(xiàn)出波動結(jié)果。
原來我們對世界的理解，
不是獨立于自身的，
我們的認(rèn)識嚴(yán)重依賴于我們探索這個世界的行為！
我們是這個世界的一部分，
你不可能從這個“客觀”世界剝離出來，
而不改變我們所觀察的世界本身！
我不認(rèn)為有一個獨一無二的實在宇宙……即使物理學(xué)定律本身也可能在某種程度上依賴于觀察者。
——霍金
我們在未知之岸上找到了一個奇怪的腳印。我們曾設(shè)計出一個接一個的深奧理論來說明它的來源。最終我們成功重建出留下腳印的生物。諾，那是我們自己的腳印。
——愛丁頓爵士，英國天文學(xué)家和物理學(xué)家
天??！
量子理論好恐怖！
我們整個世界的基礎(chǔ)，
并不像我們以前所認(rèn)識的那樣，
它是不連續(xù)的，
它既是波又是粒子，
它用擲骰子的方式來運轉(zhuǎn)，
它的某些物理量永遠(yuǎn)不能被同時精確探測，
它與周圍的物質(zhì)（能量）緊密聯(lián)系不可分割，
……
這個世界怎么了？
其實不用恐懼，
如果你感到驚奇，
那么你真的開始理解量子理論了！
應(yīng)該感到高興，
我們的認(rèn)識終于跟上點科技發(fā)展的步伐，
普通民眾也能站在科學(xué)的最前沿，
品位科學(xué)發(fā)展所帶給我們的驚奇和美麗！
這是多么美好的一件事！
這個世界，
我們一起探索！
不知不覺……我們就把認(rèn)識主體從我們力求理解的自然的領(lǐng)域內(nèi)排除了。我們變到一個旁觀者的角色，不屬于這個世界，而通過這一手法，這個世界就變成一個客觀的世界。我們的科學(xué)是建立在客觀化基礎(chǔ)上的，依靠這個，科學(xué)就把自己同……對心靈的適當(dāng)理解割裂開來。但是我們的確相信，這正是我們現(xiàn)在的思維方式需要修補的地方，也許得從東方的思想輸血。
——薛定諤，引自Mind and Matter
