电子双缝干涉实验为何让科学家感到恐怖,到底发现了什么?

宇宙时空探索 2024-11-17 15:54:21

许多对物理学有所涉猎的人们在听到双缝干涉实验时,或许会不由自主地发出“深不可测”的惊叹,于是便有了“遇事不决量子力学”的说法。

然而,量子力学实际上是我们窥探宇宙底层规律的钥匙,而双缝干涉实验正是量子力学核心理念的生动展示。那么,双缝干涉实验究竟有何“神秘之处”,又揭示了宇宙的哪些核心奥秘?

薛定谔的猫、上帝掷骰子、平行宇宙到底源自何处?

鉴于量子现象的抽象性,我们不妨先用薛定谔的猫这个概念来辅助理解,再逐步回到双缝干涉实验,以期达到易于理解的目的。这正是薛定谔为我们深入理解量子力学而提供的绝佳范例。

据传,有一只猫被关在一密封的盒子中,而一个与毒药瓶相连的量子装置控制着猫的生死。也就是说,猫的生死成为了量子性质的一种间接表现。实验的难题在于,最终这只猫是生是死?

针对此问题,学术界的大咖们纷纷提出了自己的见解,其中主流观点大致分为三种:

哥本哈根学派的波尔坚称,这只猫是一只量子猫,它既活又死,两种状态同时存在,形成一种叠加态。而当你打开盒子的那一刹那,猫的生死才会突然定型,其结果具有随机性。

而爱因斯坦与薛定谔则认为,猫的生死在你打开盒子前就已经确定了,是死是活只是我们打开盒子时看到的既定事实,而不是由我们打开盒子这一动作引发的结果。

对此,爱因斯坦向波尔发问道:“按你的说法,每当有人准备打开盒子查看时,上帝便得急匆匆地掷骰子来决定猫的生死?”

波尔则回答道:“上帝如何行动,无需你操心。”

而休·埃弗雷特则表示:“请等一下,我还没讲呢!我同意波尔的叠加态理论,但按照能量守恒定律,100%+100%应当等于200%,那么在打开盒子之前和之后,能量应该是守恒的。因此,如果我们在打开盒子时发现猫死了,那么活着的猫应该存在于另一个平行宇宙中。”

对于此观点,爱因斯坦、薛定谔和波尔都表示:“你太厉害了,我们无法证明你的观点是错的。”

故事暂告一段落,无论是否理解,我们需要知道的是,最终证明波尔的观点是正确的!至于平行宇宙,目前尚无法证实,最多只能算是一个假设。在这一过程中,有几点关键点值得我们注意:

1.猫既死又活的叠加状态

2.打开盒子的观测行为会导致叠加态随机地坍缩成单一状态

3.叠加态和坍缩态展示了波粒二象性

光的本质是什么?——双缝干涉实验的“奇异之处”

接着,我们来探讨双缝干涉实验。首先,我们得回到牛顿时代,思考一个看似简单却难以回答的问题——光的本质是什么?

作为当时的学术巨擘,牛顿对光学的贡献不言而喻,例如著名的三棱镜实验便是他的成果之一。牛顿认为,光可以反射,可以折射,其运动轨迹可以改变,就像乒乓球撞击墙壁后会反弹一样。因此,他认为光的最小单位应是粒子。

然而,在19世纪,托马斯·杨却提出了不同的看法,他通过一个简单的实验,仅让一束光通过两条细缝,并在其后方放置一块感应屏。“按照牛顿的理论,”这个实验的结果应该只会出现两条条纹:

托马斯·杨却认为,光更像是水波一样,水波会发生干涉,那么光也应当如此。

因此,托马斯·杨的实验展现了光的干涉条纹。

但真正让双缝干涉实验变得奇异的,是量子力学的双缝干涉实验。

随着黑体辐射实验的进行,普朗克发现光的能量是以一份一份的不连续形式存在的,爱因斯坦也发现在光与原子相互作用时,光是以粒子形式传递能量的。于是,科学家们重新审视双缝实验,并对其进行了升级。

既然光是一份一份的,那么如果我们逐一发射光子,会发生什么?科学家们以机关枪般的速度,通过双缝发射了一串电子。结果,感应屏上出现了大量散乱的粒子,但从远处看,这些粒子形成了干涉条纹。既然是粒子,那么它们是如何发生干涉的?

有观点认为,大量电子挤在一起,因此产生了干涉,就像儿童乐园中的海洋球相互挤压,人跳入其中时,海洋球会像波一样扩散。因此,尽管是粒子,也可以发生干涉。但这真的是全部吗?

科学家们进行了进一步的实验,他们“一枪一电子”地发射,避免了电子之间发生干涉。然而,实验结果令人震惊:无论是快射还是慢射,屏幕上始终出现波动性导致的干涉条纹,而非两条条纹!这说明单个电子发生了干涉,那它是与谁干涉呢?既然只有两个缝隙,电子只能选择其中一个穿过,另一个缝隙没有电子,那电子是与谁发生了干涉?

为了解答这一问题,科学家们在实验中安装了光电探测器,试图观察电子如何完成干涉。结果发现,电子在感应屏上规规矩矩地形成了两条条纹。这让大家不禁感叹:“上帝啊,告诉我到底发生了什么!”

而故事中的答案已经给出,这就是波粒二象性。

如果以平行宇宙理论来解释,那就是:当你不看时,电子既从A缝过去,又从B缝过去,形成干涉;而当你观察时,宇宙分裂成两个,一个宇宙中的电子从A缝通过,另一个宇宙中的电子则从B缝通过。是我们观察的行为导致了宇宙的分裂,使得本可形成干涉的电子无法干涉。

波尔的观点则与平行宇宙理论前半部分相同,认为电子处于叠加态,这是一种波的状态;但当你观察时,它会随机坍缩成粒子态。

爱因斯坦则表示无法解释,他认为一定还有什么尚未弄清楚的,但上帝绝不会掷骰子。

我们通常认为电子在原子中像玻璃球一样,然而实际上,电子更像是一片云,具有概率性和波动性。

从目前的科学研究成果来看,波尔的波粒二象性理论是正确的。量子既有波动性也有粒子性,一个电子既可以是波也可以是粒子。

当电子尚未坍缩成粒子时,即便我们逐一发射,波的性质仍然在起作用。逐个发射的电子如同发射出水波,你会得到一堆波,这些波会按照干涉后的结果展现在感应屏上。而当我们观察电子时,它便坍缩成粒子,所以一堆电子打出去,没有发生干涉,只会出现两条条纹。

如果不理解量子的性质,我们可能会对“不看就有干涉条纹,一看就没有干涉”的现象感到惊恐;但理解了量子的波粒二象性后,这一切就变得理所当然。量子力学是人类目前所知的宇宙最底层的逻辑,它能够解释宇宙的起源,大到宇宙的构成,小到构成宇宙最小结构的粒子。

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评论列表

信任自然可求真

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7
2024-11-23 16:27

❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,没必要搞虚幻,搞虚幻是祸害。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???

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6
2024-11-23 16:28

❌解释自然因果是骗术,静电斥力发射是能源之源!!! ………因果是主观思维,没有自然因果(律),前因后果(以知识为因推理论证目的果),是(数学)演绎推理,必须从公理/真理出发,才有意义。🍎牛顿以观察归纳认知自然,定义自然哲学公理作为数学原理/演绎思维因。🍎苏格拉底说,真理是唯一的,因果关系无穷多。只有思维因,没有现象因,现象复杂普遍联系因素无穷多。没有从归纳真理/公理(不变现象)出发,瞎编因果都是骗术。空间弯曲就是一个著名的因果解释自然骗术。………所谓释放核能的原因,光电效应因果,干涉现象因果,双缝干涉延迟实验因果,轨道跃迁因果,宏观微观不同因果,高速低速差异因果,不确定性原理因果解释,祸害了强大微观电磁的深入研究。具有宏观不确定性的电磁力,是万有引力的10^36倍以上,物质本质(带电质量体)的静电斥力发射是可利用能源(光子动能/核能化石能太阳能等)的源头(电斥力发射光子/热量)!!!………现象解释都只是辩证法过程,观测归纳//辩证法//需要同时满足牛顿的三个归纳条件,必要性充分性真实性,这是得到真理(思维演绎因)的唯一方法。………归纳现象发现真理是科学,因果解释现象是有害骗术!

信任自然可求真

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5
2024-11-23 16:26

⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子,清洁能源的根本在于光 photon energy and photon behavior discussions,宏观引力微观电磁力包括光子都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,质子电子的强大电斥力(大于10^36倍引力)发射它们的碎块到达零电势区域的速度就是真空光速。原子内部遍布真空,极微小光子惯性飞行,在强大引力场中有轨道运动与逃逸折射或撞击,在斥力场散射反射等。原子惯性飞行穿透材料的条件太差,获得动能当然也很不容易。……中子大冲量撞击原子核是产生光子动能(核能)的关键方法,电子撞核,质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵只是数学描述,动能传递耗散是生机活力,不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度当然极难。

天下英雄出我辈

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4
2025-01-30 18:48

也许都理解错了,万事万物都有时间的属性,而时间是靠人的思维记忆所理解的,时间有改变一切的力量,比如瞬移,比如改变你的记忆,比如改变光的成像,你去记忆理解一个排孔时,时间给你看的是粒子,用两排孔成像时,时间让你看二维图像的是波[笑着哭][笑着哭][笑着哭]

信任自然可求真

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4
2024-11-23 16:28

⭕️科学追求确定性(真理/知道)是生存的必须,有现象复杂性。自然绝对诚实/决定论/宿命论,但意识作用于人体(物质)对宿命有广泛扰动。追求确定性(求万变中不变的真理/本质,物质不灭,能量守恒,1+1=2等)。观测有不确定性需要提高观测精度,解释自然“不确定性”“对称或然性”想干啥?❌为不知道找原因吗??没有确定性(不知道)如何利用自然??花瓣飘零不是动量不确定,是大量动量作用观测不足的观测不确定性。空间连续可入,位置和速度的精度没有任何极限。光粒子电荷质量大小不连续,不是运动不连续。特定粒子观测困难,大量粒子分布有观测不确定,不是粒子运动不确定。❌不确定性原理肯定是骗!同与不同的确定性是科学认知的根本,“波粒二象性”祸害了这个人类认知的核心根基!!绝对真理客观存在,人类诞生前月亮不运动吗?引力有没有?不言自明!……仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理??地心说依据的不变现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然&欺师灭祖搞骗的伎俩。瞎搞虚幻瞎搞不确定,量子鬼学,好吗?❌科学追求确定性真理是生存智慧,悖论斯坦想把宇宙中的不同弄成相同(统一场)?证明站着睡觉更高明?

信任自然可求真

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4
2024-11-23 16:27

光速不变假说见证了高超的骗术!——— 任何全称命题证伪当然有效,证明/证实当然无效。全称命题光速不变违背相对速度自然公理,已有效证伪!!!任何数学演绎能推理出来全称命题“光速不变”吗???无论多少次实验能证明全称命题“光速不变”吗???任何实验精度能证明“光速不变”吗???光速不变只能是创造假说当然是骗。相对光速/光速变化/超越光速当然都是正常现象。 光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗??光反射驱动光帆速度不变??相对速度变化导致多普勒效应和红移,是光速不变??光子离开黑洞速度变吗?光子进入黑洞速度也不变吗?掩盖谎言需要更多谎言!………光速常数c是经验公式的一个常数,不是光速不变,地球引力常数G当前还在努力提高观测精度。———量子不确定性原理如何解释光速不变这种无限的确定性???

用户10xxx55

用户10xxx55

3
2024-11-18 14:05

双缝实险要排除散射和反射的干扰。那只猫,不就相当于在事故中某个失联者?只是暂时不知道生死而已!

记忆玄震造物

记忆玄震造物

2
2025-01-17 18:11

这告诉我们平行宇宙的确存在[得瑟][得瑟]

信任自然可求真

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2
2024-11-23 16:53

❌❌悖论斯坦//悖论潘多拉,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,数学冒充物理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学认知的核心根基——同与不同的确定性,瞎编自然因果(律),以创造假说冒充祸害公设形而上学。后谎言掩盖解释前谎言搞了一辈子,祸害数学,祸害物理,祸害哲学,祸害绝对真理,终身搞骗,祸害极大极深极广,100多年了,还在鼓吹骗子,居然成了一门生意?………一个恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。迷信跪拜蔑视自然&欺师灭祖的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,科学家比赛鼓吹神话悖论骗子以抬高自己,科学还有希望吗???

信任自然可求真

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2
2024-11-23 16:27

❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/声波/沙丘波,都是物质运动罢了。🍎波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是骗术笑话是什么?更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基//同与不同的确定性。 🍎场是数学虚幻::由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力?也是笑话!!场的速度是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗??~~~场与波都是捕风捉影的把戏,意义极小,破坏巨大。………伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(1865尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是宏观微观现象的唯一根本!!带电是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波永远不可能象光子一样真空直线传播。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何其疯狂?

信任自然可求真

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2
2024-11-23 16:27

解释光电效应是个笑话。物理机制根本没有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应不是真理,是毒药祸害,掩埋了科学真相阻碍了求知探索!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞光速不变??光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗???㊙️迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

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