双缝实验为什么恐怖(十大恐怖物理定律)

双缝干涉实验的结果是20世纪科学家集体遭遇的一次“灵异事件”。在这个简单的实验中，微观世界的基本本质、叠加性、不确定性和观察者效应得到了充分的展现。

这三个现象太烧脑，太违反直觉，太具有破坏性，所以我们常说双缝干涉实验的结果让人觉得脊背发凉，有点“吓人”。

作为一个宏观世界的一部分，在量子力学出现之前，我们的科学认知是建立在现实的确定性基础上的，我们的科学理论可以完美地解释和预测宇宙中的任何现象。

比如，通过牛顿力学，我们可以准确预测一个事物未来的发展趋势，前提是我们知道这个事物的初始状态，以及它未来将经历的相互作用。

1846年，我们通过物理和数学预测的手段，准确地找到了海王星的位置。可以说，这是人类宏观世界科学的一次伟大胜利。

毫不夸张地说，如果有一台超级强大的计算机，它可以根据现有的理论预测宇宙万物的未来，这就是现实世界的确定性和可预测性。

这不仅是我们普通人的世界观，也是包括爱因斯坦在内的20世纪大多数科学家的世界观。但这一切都被一个超自然的物理现象打破了。

是波还是粒子

世界的微观尺度很小，都是原子、电子之类的小东西。这些东西不仅在生活中看不见，就连科学家也被挡在了门外。直到上个世纪，我们才真正了解原子，并建立了模型。

但是有一个粒子经常在我们眼前晃来晃去。可以说是晃了几百万年了。那时候我们就是树上的猴子，而且是光子！

虽然光子很常见，但光是什么？这个问题人类思考了几千年，直到17世纪，牛顿大哥才说光是粒子，是物理粒子的一种。

但当时有人提出了光是波的异议，因为光作为粒子无法解释光的衍射现象，而如果光是粒子，为什么看不到两束光的碰撞？这个人就是惠更斯。

由于惠更斯拿不出任何实验证据，再加上牛顿在当时科学家中的崇高威望，光是粒子就被人们认可了。

那么光到底是什么？科学界有两个不同的派别:浪潮派和谷物派！

派想到的粒子可以想象成光滑的球，它们遵循物理粒子的运动规律。也就是说，当你打开手电筒时，无数的光粒子正沿着一条直线向外疾速运动。

除了之前牛顿提到的物理粒子，后来普朗克和爱因斯坦认为光是一种粒子，称为光量子。这个光量子和牛顿的粒子有本质区别。量子是不可分的、不连续的能量。

博派的波动思想类似于我们生活中常见的水波，有峰有谷，可以完美的解释光的衍射和干涉。

但问题是波和粒子是完全不同的东西。现实生活中，我们看到的是物理粒子或物理粒子，是波或波。不可能有两面，即使波是粒子我们也无法理解事物。

硬币不是正面就是反面。硬币不可能有正面或反面。事物非黑即白。这是现实的确定性。所以浪派和粮派继续撕了一百年，不分胜负。

灵异实验：双缝干涉

也许微观世界有自己的本质，也许真的和宏观世界不一样，也许宇宙真的需要两种不同的理论来解释，也是事物真的有两面性，就是波粒二象性，而我们只是抱着自己的看法，盲人摸象。

那么光到底是什么？科学家们决定做一个实验，这个实验可以完美地探测到波和粒子的不同特性。其实双缝干涉实验很简单，就是在光源和探测屏之间放一块有两个狭缝的挡板。

然后使用光源在挡板处溅射光子，然后观察屏幕上的演示。这个实验有两种可能性:

光粒子就是我们所说的物理球，或者生活中的石头和子弹。当光线通过中间挡板时，大部分光线会被阻挡。只有两个狭缝允许光线通过，光线在屏幕上留下两个条纹。这是粒子运动的典型特征。

是光波，像水波一样穿过两个狭缝后可以干涉。波峰和波谷重叠，波谷重叠，波峰和波谷相互抵消，最后在屏幕上留下干涉条纹，看起来像斑马线。

在第一个实验中，我们瞄准两个峰值发射光束。结果，屏幕上出现了明暗相间的干涉条纹。这无疑说明光确实是波，是可以干涉的。

这是否意味着罂粟队赢了？其实你就是上面发射的光束。能不能把它变成光子发射出去？也就是我们上面说的光量子。馅饼觉得这绝对是两个杠！

第二个实验:重复上述过程，逐个发射光子。起初，由于光子数量少，屏幕上出现了混乱的图案，但当光子数量增加时，神奇的事情发生了，屏幕上开始出现干涉条纹！

这里先不说波和粒子的竞争，因为出现了一个全新的问题。我们知道两个波要干涉才能产生干涉条纹，这就是为什么我们要开两个峰，但是如果我们缝，任何波都不会产生斑马线。

但是当光子一个一个发射时，单个光子要么通过右狭缝，要么通过左狭缝。单光子在干扰谁？它是不是同时穿过双缝和自己做爱了？因此，在双缝实验中，波与粒子之争变得越来越复杂。

如何解决这个问题？科学家们想出了一个办法。我们可以在左右狭缝后面加光电探测器，看看单个光子通过哪个狭缝，还是会分别通过两个狭缝？

这里需要注意的是，观察粒子通过哪个狭缝的实验，历史上是用电子代替光子的，因为我们可以向电子发射光子来探测它通过哪个狭缝，但是我们不能探测光子本身，所以我们自己不能用光子做实验，但是这并不影响我们的思想实验。

第三个实验:用傻瓜相机发射光子。探测的结果是，光子要么通过左边的狭缝，要么通过右边的狭缝，并不是一下子有了两个地方。光子一个接一个还是粒子。

这时，波学派和粒子学派都松了一口气，这说明光子具有波粒二象性(其实粒子的性质在光电效应中也得到了证实)。即使波是粒子，它们也处于两种状态的叠加状态。微观世界真的很诡异，粒子处于混沌的两面。

但是真正刷新了这里人三观的灵异，还是发生了。

难道不是我们探测到光子通过了哪个狭缝，实际上导致了屏幕上的干涉条纹消失，变成了两个条纹？这说明我们的观测行为导致了光子态的变化。

这也意味着我们的观察行为影响了结果。这听起来很玄学。难道我们看不出一个东西可以改变它的最终状态吗？

观察者效应

毕竟微观世界离我们很远，我们无法意识到这件事的灵异真相在哪里。让我给你举一个宏观世界的例子。你看过这场足球赛吗？

足球运动员射门的瞬间，球能不能进，与当时足球所处的位置、球员受力的大小和位置、风速等物理因素有关。只要进行细致的科学分析，就能判断球能不能进。

但是你看没看比赛都不重要。你看没看都不妨碍目标。但是，微观世界的实验告诉我们，进球与否，与你是否看球有关。

太疯狂了，难以置信。尤其是有些人把人的意识加到观察者身上，整个事情就变得更诡异了。

几千年流传下来的唯心主义，几乎死灰复燃。人类的意识可以改变宇宙的状态。

以上实验都是在光子通过双缝时进行的，导致光子的叠加态坍缩为单量子态，表现出粒子的特性。

所以这一次，我们让光子先通过双缝，当它通过双缝的时候，应该会保持原来的叠加态。这个时候我们正在以非常快的速度添加探测器，那么会发生什么呢？

无论我们多快地增加探测器，干涉条纹都会消失。另一方面，当一开始有探测器时，只要在最后时刻移开探测器，就会出现干涉条纹。

这个实验类似于惠勒的延迟选择实验。光子似乎事先知道我们要探测它们，当它们通过双缝时，就表现出粒子的特性，导致干涉条纹消失。而只要我们停止观测，光子就开始在双缝处自我干涉。

另一方面，我们未来的选择决定了光子的初始状态！因为光子先做选择，我们后观察。

在微观世界，因果律似乎失去了作用。这是量子力学的世界，这是微观世界的怪异和恐怖。

哥本哈根诠释

双缝干涉实验包括量子力学中的三个基本原理:叠加态、不确定性和观察者。

叠加态是微观粒子的本质，一个粒子可以处于不同态的混沌状态，这是多方面的。用光子来说，就是波粒二象性。一个光子可以同时处于左狭缝和右狭缝的叠加态，可以同时穿过两个狭缝，并对自身产生干涉。

测不准原理又称测不准原理，在微观世界对宏观世界的科学准确可预测性没有影响。微观粒子的行为只满足概率统计，我们无法同时精确知道一个粒子的位置和动量。

这两个物理量的测量误差的乘积必须大于某个值，也就是说，如果我们精确地知道一个粒子的位置，那么它的动量可能是0到无穷大，这就变得非常不确定了。

当单个光子发射时，我们无法准确知道它会落在屏幕上的哪个位置。我们只能说它出现在某个位置的概率。这和宏观世界有本质的不同，需要用不同的理论来解释。

测量会导致微观粒子波函数的坍缩，即从混沌的叠加态到确定态。比如我们对光子(电子)的观测，导致光子从叠加态坍缩到粒子态。这也会导致光子无法神奇地同时处于两路叠加状态，只能选择单缝通过，从而导致干涉条纹消失。

那么这跟人类的观察有何关系？

这种观察行为确实是人为因素。似乎是人的因素导致了量子态的崩塌，结果的改变，甚至是未来决定过去。

但是如何观察这种行为呢？我上面说过，历史上我们无法用光子观察双缝实验，只能用电子，因为我们在观察的时候，要想得到一个粒子的信息，就必须用另一个粒子与之相互作用，反馈给我们。

想想我们如何观察电子。有必要向电子发射一定能量的光子吗？当光子被反射回来时，我们可以知道电子的状态。

没有这种互动，就没有观察！但是，这个测量过程会导致电子的状态被限制在单一状态。换句话说，当电子穿过狭缝时，我们迫使电子与光子相互作用。正是这个过程导致了电子波函数的坍缩。

因此，观察行为也是一种量子行为。与人的意识无关。