【量子团队声音】量子力学实验及原理（一）：双缝干涉实验（上）

导言：

管理学者眼中的量子力学（第二部分）

        管理学者眼中的量子力学（第一部分）为：微观粒子家族和量子力学，分上、中、下三篇，已经全部介绍完毕。

       第二部分，我们要介绍的是：量子力学中的重要实验和原理及它们与量子管理的关系！

      量子世界是神奇而诡异的，量子力学的实验给我们展示了完全超出我们常规认识的微观世界，你根本无法想象！你的嘴张开了可能就合不上了

——量子活力场

双缝干涉实验（上）

在量子力学里，双缝实验(double-slit experiment)是一个测试量子物体，例如：光或电子等的波动性质与粒子性质的实验。

在20世纪20年代中期，美国新泽西州贝尔实验室的科学家们进行了一个实验，揭开了电子全然不为人知的一面。

当时物理学家公认电流是由一些微小物质组成的，就好像微型台球一样小却实实在在的粒子。在所设计的实验中，他们要用电子枪冲着一个屏幕发射一束电子，让其通过两个狭缝，电子穿过狭缝打在后面的屏幕上，然后观察电子将会如何分布。

贝尔实验室的科学家们发现了一个颠覆物理学界的结果，即：电子具有波性！

要理解这缘由，我们先用水波做一个类似的实验。把一个水波池放在一个朝上的投影仪上，用一个发动机来产生穿过两个狭缝的水波。投影仪的光束把水波的图案打到墙上。你能看到水波从左边涌进去，穿过这两个狭缝，然后它们在另一侧分散开来，相互影响，当一个波峰遇上另一个波峰的时候，它们会叠加产生更大的波浪，但如果一个波峰遇到另一个波谷，就会彼此抵消。这些特征线是这种波形的特征。

只要你看到这种亮和暗的譜带，也就是波形特征，这就毫无疑问是波。

新泽西的科学家们在他们实验中看到了什么？似乎射出的电子是微小坚实的粒子，但当它们穿过了两条狭缝后，却产生了和水波完全一样的波形，亮和暗的譜带。

电子这种长期以来被认为是粒子的物质，表现出了波的特质。

实际上还有更奇怪的：这波形不仅是由一整束电子形成的，物理学家们很聪明，他们想，也许是那些小球球们挤来挤去的形成了那种现象。于是他们决定让它们一个一个来，每次只发射一个电子。这样的话，就断绝了它们之间相互干扰的可能性。但等这么打了个把小时之后，同样的干涉条纹出现了。这个实验在全球的实验室中反复进行，即使科学家们将电子一个个进行发射电子，让其穿过屏幕上的狭缝。最开始，每个电子似乎是随机落到屏幕上某一处，但它慢慢开始成型了，典型的波形图！你说这到底有多古怪。

在水波池实验中，波形会存在是因为每一道波浪都会穿过两道狭缝，而且这两边的水波会彼此影响，但在这里，每个单独的电子，每个独立的粒子都会在达到屏幕前穿过狭缝，而且每个单独的电子都是这波形特征的一部分，每个电子必须得表现得像一道波一样。

为了解释这奇怪的结果，尼尔斯.玻尔和他的同事们给量子理论创造了一个疯狂的理论，一个充满矛盾、几乎无法理解的理论，就像尼尔斯.玻尔自己所说的：没有被量子理论吓倒的人是因为没有理解它。

现在，我们用电子来挖掘现实的核心。做好被吓到的准备吧！因为这是唯一能解释电子穿过狭缝打到屏幕上的方法。

量子理论是这样说的：我们无法描述物质实体的运动轨迹，我们只能描述电子可能所在处的位置，我们把它称为概率波！这种概率波以某种方式穿过了两条狭缝，并产生了像是水波的干涉，随后，当它们到达屏幕时，一个电子可能会神秘地成为实体。

这就是玻尔和他的支持者们所说的关于电子的理论。电子概率波会穿过这两道狭缝，同时穿过两道狭缝。

这就是说：电子优雅的概率波撞到了屏幕上，只有到了那个时候，才会变成一个粒子。

这总要有个解释，而这个解释就是类似这样的：单个电子作为一个粒子离开，然后变成一种潜在的波动，通过两个缝隙，然后自己和自己干涉，然后再像个粒子一样打向屏幕。但从数学上来看，这解释会变得更加奇怪：它是通过两个缝隙，还是没通过任何一个缝隙，只通过这个，还是通过另外一个？所有这些可能都重叠在一起，物理学家们这次算是撞到铁板上了！他们开始想偷窥，看看它到底会走那条缝隙。

他们在一条缝隙边上放了一台测量设备，看看它到底是通过哪里。于是又重新开始试验。但是量子世界的神秘远远超过他们的想象。当他们当看着的时候电子开始变得像个小玻璃球，在墙上打了两条弹痕出来，而不是很多条的干涉条纹。这种测量或者说观察电子会从那条缝隙通过的行动意思是想只看看它从哪条缝隙，没查看同时从两条缝隙通过的可能。电子选择了不一样的表现，它好像意识到自己被人看着。

量子的世界和我们以前所见的一切都不同。很难表述出这到底有多疯狂。玻尔坚定地声称：除非你能测量，否则永远不可能知道电子实际上在哪里，而且不仅你不知道电子在哪里的问题，奇怪的是电子自己似乎可以同时处在数个地方。

要知道，电子是生活中最基本的东西，而在这里，玻尔说只有通过看，我们才能真正确定它们的位置。

我们的世界和量子的世界之间仿佛隔着一道帘，帘子后面是什么样的呢？那里没有具体的事实，只有事实的可能性。只有我们把帘子拉开看时，事物才会变成具体的，这就是哥本哈根诠释。