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十七 单光子双缝干涉实验

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  1807年,塔国一个物理学家做了这样一个试验:他把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,这样就形成了一个点光源。现在在纸后面再放一张纸,不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射了出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,就会形成一系列明、暗交替的条纹,这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
  试验本身没什么问题,证明了光有波粒二象性,但是科学家们想观察清楚如何会这样,于是他们在微观层面上来观察,架设高速摄像机,观察光子是如何一个一个通过缝隙形成波干涉的,这时候神奇的事情出现了,光子波的特性消失了!又变成人类最容易理解的粒子,只出现了两条条纹。这才引出了超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验和后来石破天惊的“延迟选择实验”,给人类带来了前所未有的思想冲击。
  现在有一种仪器,每次只发射了出一个光子,这时如果遮板上仍然有两个缝隙A和B。依照传统理论,该光子每次有且仅有以下三种情况中的一种:
  1、被遮板挡住。
  2、通过A缝。
  3、通过B缝。
  因为要观察投射面的光斑分布,所以不必考虑情况1。也就是说,只要光子通过了遮板,要么从A缝通过,要么从B缝通过。按照这种传统理论推导,在投射面会形成两个均匀的光斑,因为每次只有一个光子通过,该光子无法与其他光子发生干涉。但是实际的实验结果让人大跌眼镜。就算每次只发射一个光子,投射了出的光斑依然有干涉条纹!
  单光子双缝干涉实验图像实验结果表明:就算每次只发射一个光子,在发射若干次后,投射面依然会形成明暗交替的影像。这就说明,每个光子似乎同时通过了两个缝隙,自己与自己产生了干涉!这些都还不算什么,更让人无法理解的是,如果用另一个仪器对双缝进行精确测量,以确定光子到底从哪个缝经过,则干涉条纹就会就会消失。换句话说,光子似乎能够知道自己被测量,一旦被测量则它只会从一个缝中通过,没有干涉发生,也就没有了明暗交替的光斑。我们作为观察者,改变了整个事件。
  更玄乎的事还在后面。1979年,塔国另一个物理学家提出了一个实验,这就是著名的“延迟选择实验”。
  前面我说过了,人们一观测,电子就呈“粒子形式”通过双缝,人们不观测,电子就以波的形式通过双缝。
  他提出,如果我们根据电子的速度,当确定它已经通过双缝之后,迅速的在后面的板上放上摄像机,会出现什么情况?
  此话一出,天崩地裂。科学家们马上开始动手设计实验。
  五年之后,科学家们宣布实验已经成功,结果是当我们在确定电子已经通过双缝后,迅速在后面的板上放上摄像机的结果是:出现了两道条纹!
  反之亦然,如果迅速的拿掉摄像机,又会出现干涉条纹,即使我们在决定拿掉摄像机的时候,电子已经通过了双缝!
  这说明了什么?我现在的一个动作,可以决定电子过去的一个动作!
  它意味着,当我们没有看电子的时候,电子就不是实在的东西,它像个幽灵向四周散发开来,以波的形态悬浮在空间中。你一睁开眼睛,所有的幻影就立马消失,电子的波函数在瞬间坍缩,变成一个实实在在的粒子,随机出现在某个位置上,让你能看到它。
  波尔的解释更为恐怖:世界是由意识决定的。互补原理是这样说的:电子既是一种粒子,也是一种波,它具有波粒二重性。但在每一个特定的时刻,电子不可能既是粒子又是波,而只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波,这取决于是否有人观察它,当没人观察它时,它就是波,而一旦有人观察它,它就变成了粒子。
  我可以给你打个比方,你明天菜市场买菜,你明天去了,那里就是个菜市场,你明天不去,那里就是个洗浴中心。
  你说有多可怕!再比如说,你自以为了解你身后的世界,可是你知道吗?在你转身的那一瞬间,你身后的世界变成了你看到的世界;在你看的前一秒,并不是那样的。
  我上大学的时候,很喜欢金春洙写的《花》,这位诗人的眼光似乎比物理学家们更接近真相:
  在我呼唤它的名字之前
  它仅仅
  是一个不确定的状态
  当我呼唤它的名字时
  它朝我走来
  成为了一朵花
  就如同我轻唤它的名字
  衬合着我这色彩和香气
  有谁啊
  请轻唤我的名字
  我愿向他走去
  成为他的一朵花
  我们都
  想成为什么
  你对于我,我对于你
  都想成为不被遗忘的意义
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