这个实验验看似是得到了一个细思极恐的结论双缝干涉实验,甚至说是打破了“因果律”,但是,其实这只是一种对“我们能够观测”的现象的解释,我试着说一说。

双缝干涉实验:双缝干涉延迟实验到底验证了什么,为什么说它的实验结果很恐怖?

双缝干涉

一束光通过一个双缝后分为两束光,从光的波动学说上说,光由于是一种波,那么两束波相遇是会发生干涉效应的,也就是双缝干涉实验:

波峰+波峰=叠加

波峰+波谷=相消

波谷+波谷=叠加

于是就得到了干涉条纹双缝干涉实验。

但是对于单光子来说双缝干涉实验,有两个缝会经过哪个缝呢?

哥本哈根的解释是同时通过双缝干涉实验。那么这就匪夷所思了。

惠勒延迟实验

为了验证单光子干涉的结论,惠勒改进了双缝干涉实验。

首先解释下实验装置。一束单色光经过一个半反半透镜,分成两束强度相等的光,再分别经过反射镜反射后在一个位置相遇,如果在这个位置再放上一个半反半透镜,精密地调整两束分光的光程差,那么可以使得两个探测器中一个总是得到干涉叠加的光,另一个总是得到干涉相消的光。

单光子实验

那么如果对于单个光子是什么情况呢?

对于单个光子在遇到半透镜1的时候,从概率波角度解释,它有50%的概率走反射镜1的通路,有50%的概率走反射镜2的通路。

如果不使用半透镜2,那么探测器1和2各有50%的概率探测到这个光子,这时候光子是一个粒子。

而如果使用半透镜2,实验的结果是,其中一个探测器会总是收到光子,另一个却总是收不到。也就是说,就算只有一个光子,也是有干涉效应的。

那么问题来了,从粒子角度来看,这是没法解释的。因为粒子在半透镜1的时候,要么走反射1的通路,要么走2的通路,那在半透镜2怎么能干涉呢?

所以只有用波动解释才能解释通,即它同时通过了两条通路。

打破因果律了吗?

接下来的实验,才叫人大跌眼镜。

单光子实验时,如果没有半透镜2,单个光子是粒子,而如果有半透镜2,则它又是波。那么,首先不使用半透镜2,如果能在光子通过半透镜1之后的瞬间,这时候光子已经有50%的概率选择了通路1或者通路2,在它还没到达半透镜2 的时候的瞬间把半透镜2加上去,那么这时候光子在半透镜2上还是有50%的概率去探测器1或者探测器2的。

但是,实验结果是,只要一个探测器是始终接收到光子,而另一个没有。

也就是说,在光子经过半透镜1以后,通过放入半透镜2这个行为,改变了光子过去的行为,使它总单路线变成了同时走双路线。

这样后面发生的行为影响了前面的行为,所以说打破了因果律。

但是,这不过是一种解释,实际的情况,我们既不能把光看做单纯了粒子,也不能看做单纯的波。粒子性和波动性只是它的两个方面而已,限于人类的观测条件所限,我们要么看到了粒子性,要么看到了波动性,这是片面的。

就好像盲人摸象,他们每个人说的都对,又都不对。

人类目前对量子世界的理解也就像盲人一样,还没发看到它的全貌。所以打破因果律的推论不过是在一个片面的观测下得到的片面结论。

量子世界还有很多未解之谜等待我们去破解。

导读:电子双缝衍射实验与意识无关,与定向影响有关!

双缝干涉实验:双缝干涉延迟实验到底验证了什么,为什么说它的实验结果很恐怖?

第五十五章:电子双缝衍射实验,到底该如何理解和解释?

双缝干涉实验:双缝干涉延迟实验到底验证了什么,为什么说它的实验结果很恐怖?

这一章的内容,思考了很久,电子双缝实验,可以说是量子物理学中,最令人不解的一个实验。以至于很多物理学家,都怀疑量子力学。就像一开始提到的爱氏和玻尔的争辩一样。

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量子力学到底是完备的,还是不完备的。贝尔不等式给出的答案,倾向于不完备。各位这个有意思的就是,贝尔不等式是倾向于不完备的,而不是说直接否决完备性论述。

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所以争论一直持续到现在。我的观点呢,很明确。我一直说世界是确定的,也就是完备的。但不完备性的表现,该怎么解释?

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答案就是描述事件运动的所有完备性因素,我们无法统统掌握,而且事件自己无法独立于系统。但我们要知道,世界是确定的。

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我昨天看了一个科普文章,文章说科学家想从零开始建立新量子力学。我对于这个文章,持欣赏但不赞同观点。

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欣赏是因为换一个角度去构建量子力学,无疑是好事。不赞同是我们无法推翻过去的成果,新量子力学,和现在已有的量子力学没有本质区别。世界还是现在这个世界,所以只有新的方法,没有新的量子力学。

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文章中的开头是这样的:“科学家使用量子理论的时间已经将近一个世纪了,但令人尴尬的是,他们仍然不知道它到底是什么意思。过去,在几次关于量子理论的会议上的非正式调查显示,科学家对量子理论该如何被诠释存在着很大分歧。

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一些物理学家只是耸耸肩然后说,我们必须接受量子力学就是一件奇怪的事。那么这就能说明粒子可以同时出现两个地方,或者在相距很远的位置上进行瞬时交流?算了吧,反正量子理论运作正常。如果你想计算实验中所揭示出的亚原子、原子、分子和光的性质,量子力学总是惊人的成功。

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但还有些科学家希望更深入的挖掘。他们想知道为什么量子力学有这样的形式,他们正通过一个野心勃勃的计划来找出答案。这个计划叫量子重建,试图从几个简单的原理出发,从零开始构建量子理论。”

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好了,回到我们的题目,电子双缝实验该如何理解和解释?就是说,我如果认为世界是确定的,就必须给出一个确定性的解释。

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现在我们来了解一下什么是电子双缝衍射实验。

如图所示,为费恩曼设想的理想单电子干涉示意图。最左侧为电子枪,1和2为两条狭缝。当只开启缝1或者缝2时,电子穿过狭缝打到后面的接收屏上的分布曲线分别是P₁和P₂,当两条缝都开启时,接收屏上电子的分布曲线不是P₁和P₂简单的相加,而是如最后一个图片下面所标注的公式P₁₂=|Ф₁+Ф₂|²。

这个实验最令人不可思议的,是当两条缝开启,电子枪单个射出电子,其间间隔足够长的时间,最后得到的电子分布依然如上图所示,好像是先到的电子“规定”后到的电子的行为。

这个解释不够通俗的话,再给大家这样介绍。在宏观世界中,以玻璃球为例。我们让玻璃球射过开了一道缝的挡板,大家知道,玻璃球会在后墙留下的痕迹,是一条线。射过开了两条缝隙的挡板,在后墙也是两条线。如下图。

当把玻璃球换成水波的时候,开一条缝,在后墙上也会出现一条线。开了两条缝的,就会出现干涉条纹。如下图。

那么量子世界是咋样的呢?将玻璃球换成电子,通过一条缝隙时候,后墙上只有一条线。如下图。

通过两条缝隙时候,后墙上出现干涉条纹。如下图。科学家在想,这么小的电子是如何出现干涉条纹的。他们设计了单电子干涉实验。让一个电子通过一条缝隙,后墙也只出现一条线。可是让人奇怪的是,当开了两条缝隙时候,竟然出现了干涉条纹现象。这该怎么解释呢?如下图。

这该怎么解释呢?明明电子一个个射过双缝的。怎么还出现了衍射条纹。科学家想看这是怎么发生的,难道一个电子同时穿过了两条缝隙? 如下图。

更让人不解的是,当用摄像机试图看着电子的时候,干涉条纹竟然消失了。不看的时候,干涉条纹又出现了。 观测竟然也能影响电子行为? 它知道我们在看它? 如下图。

这就是电子双缝衍射实验,所以费曼说:“电子双缝实验是量子力学的中心区域,研究量子力学,这个问题不可避免。”

任何想要重建量子力学的人,也不可能避开这个问题。该来的总是会来,我们不会避开它。

还是我经常说的那句话,你的想象力有多精彩,这个世界就有多非凡。

一起来分析一下,这个诡异的电子双缝实验吧。我们一个个来说,层层递进。

第一点,我问大家一个问题?一个电子可以发生干涉条纹现象吗?

答案很明晰:一个电子不可能发生上述干涉现象,也就是不可能出现干涉条纹。

这意味着什么? 这意味着电子双缝干涉条纹现象是群体行为!非个体行为! 相信大家都赞同。然后我们继续往下走。

第二点:一个电子会同时通过两条缝隙吗?

答案很明晰:各位我一直说,人一定站在可以想象的地方说事。对于不可想象的事情,要保持谨慎。这个就是了。也就是说电子不会同时通过两条缝隙!

你可以假设它同时通过两条缝隙,可是接下来你怎么给我描述,它同时通过两条缝隙的过程?各位,这就是反证!你一定要站在可以想象的地方说事!不然那才是胡说。这是我一直强调的!

在这里提前说一句,大多数相信它可以同时穿过两条缝隙的人,都会拿高维度空间来解释。说这个不是我们这个世界的人可以理解的。我是持反对意见的,也多次提及了。

因为很明显,他如果那样说,你就不能提问了。提问再多,答案只有一个,那就是:“这个不是我们这个世界可以理解的。”

关于平行宇宙,多宇宙,高维度空间等等问题,在此不再讨论。我在《变化》,《见微知著》中都有论述了。只给你们一句话:“如果你生活在地球上,请站在地球的上说话!如果你可以看见火星,可以想象你站在火星上说话。除此之外,请沉默!”

这是我们所讨论的大的哲学前提,没有这个前提,人类也是很迷惑的。

所以再次强调,我坚决不相信,一个电子同时通过两个缝隙。而且也没有人看见,它是那样做的,对吧!

第三点:电子通过一个缝隙不会产生干涉条纹,这意味着什么?

只开一条缝隙不会产生条纹,就说明了两条缝隙的必要性。这和经典的光的干涉现象没有本质区别。各位我再问你一次,你认为有本质区别吗?

没有的。就干涉而言,都是干涉!都出现干涉条纹。那么你如果敏感的话,问题就脱颖而出了。那就是经典的光的干涉是一束光。不是一颗光子。我们现在说的电子双缝实验,也可以说是单电子双缝干涉实验。这就是它们的区别,但再次强调,就干涉而言,它们的本质是一样的。

但可不可以用惠更斯,菲涅尔,托马斯杨的光的波动理论来解释,就是我们要考虑的问题。

我们的问题永远没有最后一个。就上面第三点内容提问,你还能想到什么关键问题? 好好想一分钟,再接着往下看。

问题是——经典的光的干涉对于观测行为,不做反应!这是一个很大的问题!但我未发现众多的资料中有提及。 也就是说你看不看都无所谓,只要光通过两条缝隙的实验条件符合,干涉条纹就出现。

但单电子却不是这样的了。这是一束光和一个个电子发射的区别!区别是什么呢?可以说一个电子更加“敏感”。

综合起来,就是第三点,可以引申出两个问题【哪两个问题?你总结出来了吗?】。这两个问题我们都要回答。但回答之前,我们继续往下走。

两个问题是:1、可以用经典的光的波动理论来描述电子双缝实验吗?2、为什么一个电子更加“敏感”?

第四点:观测行为影响实验结果,该怎么解释?

各位这个问题非常大,我不知道你意识到没有。这不是简单技术层面问题,这是关于客观世界哲学层面的问题。就观测而言,你怎么界定?

你来给我描述一下?

不妨我再问几个问题,摄像机观测和人眼观测一样吗?人和动物观测一样吗?

这两个问题其实是在问:人和物体观测一样吗?高级意识和低级意识影响一样吗?

这个我知道难不倒大家。因为大家从网上了解到的知识,就非常清楚了。无论是你自己看,还是摄像机看,干涉条纹就不出现。有观测行为就会影响到。和高级意识和低级意识也没有区别。

这就奇了怪了!这就意味着,一个开着的摄像机和一个关着的摄像机是不同的!或者说一个开的摄像机和实验室中其他的物件都是不同的。

这就是说为什么这是个大问题,得从哲学范畴去认识了。这个问题才是最蛋疼的。

从最根本的角度去想的话,一个摄像机和实验室中其他的所有物件没有什么本质不同,都是物质。而万物皆有辐射,所以说干扰存在是必然的。这是个“老生常谈”的关于实验环境和器材对结果影响的话题。

但为什么一个开着的摄像机,会这么明显的干涉实验结果走向呢。

而且大家还应该这样想,观测距离有影响吗?因为这是很多实验,无法避免的情况。

比如在某大学一个实验室中做这个实验。问题是你在实验室的时候,有多少人的视线是看着你的实验室的,这算观测吗?还是说算观测,但实验室隔绝了这样的观测?所以说观测这个东西,界定还是一个问题。

目前是这样的认为,实验外面的情况,对实验室内的实验,起不到观测作用。也就是说人的辐射和意识对实验情况,起不了作用。

难道说电子具有自我意识?可以智能识别观测体?显然这是不可想象的,所以讨论方向错误。

真实的事实是电子,或者光子不可能具有自我选择意识。该实验也与意识无关。

摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》此书电子版淘宝有。