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1 # 程俊傑70559097
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2 # 採藥雨霽喜虹見
1.原始的雙縫實驗是什麼?
1807年,托馬斯-楊在他的《自然哲學講義》裡描述了雙縫實驗。把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面,蠟燭就相當於點光源(從一個點發出的光源)。在紙後面再放一張紙,在第二張紙上開兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到螢幕上,就會形成一系列明暗交替的縱向條紋,這就是現在眾人皆知的雙縫干涉條紋。
這是兩百多年前的實驗,17、18世紀主流物理界認為光是一種微粒,但對此持有懷疑態度的人越來越多,托馬斯-楊做的這個實驗無疑驗證了光具有水波一樣的波屬性。
楊氏雙縫干涉實驗
2.傑弗裡-泰勒的單光子雙縫實驗好吧,托馬斯楊的這個實驗出現後,按照尊重客觀規律的科學思維,關於光是什麼的爭論可以消停了:光是波,不是什麼粒子。
但是,如果人類的探索僅僅停留於此,這不過就像是普通的驗證性實驗。因為無論光是粒子,還是波,都還在我們的理性思考範圍之內,大部分人並不會因為“光是波”而驚掉下巴。聲波、水波、紅掌撥清波,好吧,見多了。
真正讓雙縫實驗開始迷惑世人的是托馬斯-楊之後一百年的在校研究生,23歲的傑弗裡-泰勒。那時候愛因斯坦已經提出了光量子的假說,而傑弗裡-泰勒恰恰是蓬蓬頭愛因斯坦的信徒。有了“光粒子”的假設,如果將光的強度變弱,最後“弱”到接近於一個個“光子”發出來的程度,那樣就不會有干涉了吧??
傑弗裡-泰勒
傑弗裡-泰勒雖然努力了很久,光實驗曝光成像就用了三個月,但是隻證明了一點:即使單個光粒子一個個穿過雙縫,還是會發生干涉現象!
單個光粒子發射的話,不管怎麼樣,它只能透過兩個縫當中的一個呀?怎麼還是和同時許多光粒子發射一樣,難道它自己同時透過兩個狹縫,自己和自己發生干涉??
3.後續的雙縫實驗繼續對人們的慣有思維模式進行衝擊這時物理界已經有人坐不住了,包括干涉實驗在內的諸多證據已經證明光同時具備波和粒子的性質,這是生活在宏觀世界裡的人們無法想象的。啥東西又是波又是粒子?如果是波,光子應該沒有實體,但是偏偏愛因斯坦的光量子假說也得到了實驗驗證;如果說光子有實體,它們為什麼會像波一樣在一個個光子透過狹縫後發生干涉現象呢?
後來的雙縫實驗不斷升級,繼續給人們的慣性思維給予致命性的衝擊。
人們在狹縫後面裝置了探測器,專門探測光子透過的是哪一條狹縫。但是探測的“意識”一進來,干涉圖樣就完全消失了,光子好像瞬間變回了老老實實的“粒子”,喪失了波屬性!
這裡開始就有點神學的味道了,人的意識一進來,實驗結果、外在世界改變了!有點佛家說的“境隨心轉”的意思了。
4.雙縫實驗說明了什麼,重要在哪裡後來科技發展,雙縫實驗的物件開始不止於光子,人們用電子做雙縫實驗照樣發現了單個電子自干涉的現象。類似地,中子、原子、甚至更大的分子也會有這種自己和自己干涉的奇異量子行為。
這個實驗說明了什麼?
當然說明我們對於這個世界的原有認知太狹隘了。受光的波粒二象性啟發,德布羅意提出了物質波的理論,他指出一切微觀粒子都有波粒二象性,我們在宏觀世界當然無法想象為什麼會有情況出現。正如我前面所述,這種既像波又像粒子的東西你一測量就坍縮成“粒子”了,好像“意識”起到了作用,這我們無法想象;一個實在的東西如何幻化成無數個自己,自己和自己發生干涉,我們無法想象;什麼叫是以“機率”形式存在的實在,我們無法想象。
這些東西就像是神話,然而科學卻告訴我們這就是我們平時肉眼看不到的日常!
這個實驗為什麼重要?
當然是因為它實實在在地向我們展示了波粒二象性!
可以說,這是後續量子力學以及許多物理概念名詞(如物質波、塌縮、薛定諤方程等等)存在和發展的實驗性根基!
它的原始實驗思路很簡單,但是向我們昭示的微觀世界又是如此美妙,它就像是一扇神奇的門,連線了生活在宏觀世界的我們和我們永遠無法單獨用肉眼觀察的微觀世界。那讓人神往的干涉條紋在一明一暗之間彷彿勾勒出了色和空的界限,讓人我們凡人難以參透又有無限遐想。
我想,這就是2002年它被人們評為物理史上最美實驗的原因。
回覆列表
不同人對雙縫干涉實驗解讀並不一樣,哥本哈根派解讀是光子可以同時經過雙縫。這個試驗沒有惠勒的延遲選擇試驗有意思。
苦於沒有條件,我倒是想了一個類似惠勒的延遲選擇實驗的思想實驗,不知道國內有沒有人做的了,更不知道有沒有人會做。
理論不復雜,在延遲選擇實驗中利用兩個厚一點的透鏡,兩條路線只有一個路線放上這個透鏡,接收器一個也不亮,兩邊都放上,不影響原實驗。