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一讲到量子观念， 就不得不提及一个非常著名的实验， 电子双缝干涉实验！ 这本来是为了探究微观粒子的波粒二象性， 却被科学家们发现， 该实验包含的信息远不止这些。 究竟这是一个什么实验， 它的背后有着怎样让人震惊的讯息， 今天我们就来一探究竟！ 额， 该如何向大家介绍呢， 请允许我借用伟大物理学家费曼的思路， 他对这一实验的讲解太过精彩， 我实在找不到比这更好的办法来向大家说明其背后的奥妙。 OK 言归正传， 量子理论告诉我们， 微观粒子具有波粒二象性， 也就是说它们既表现出了粒子行为， 也能表现出波的行为。 可是，我凭什么会相信这样的理论？ 恩，我需要事实来说话。 于是，为了了解粒子和波有什么不同， 我做了这样两个实验。 一是子弹的双缝实验， 二是水波的双缝实验。 如图，这是子弹的双缝实验。 在一边，我放置了一把枪， 啪啪啪啪啪啪， 每分钟打出了很多子弹， 在对面墙上有两条缝， 子弹会随机穿过这两条缝中的一条， 后面接收屏上我安置了一个可移动探测器， 当探测器在某个位置探测到子弹打过来， 就会滴地响一声， 然后我统计在不同位置接收到的响声次数， 之后就绘成了后面的曲线， 其中P1代表单独开狭缝1时子弹打在不同位置的概率分布情况， P2代表单独开狭缝2时子弹打在不同位置的概率分布， 当两条狭缝同时打开， 子弹要么从缝1过来， 要么从缝2过来， 最终我们会得到叠加曲线P12， 子弹在中间出现的概率大， 边上出现的概率小， 这就是粒子穿过狭缝后表现出的行为。 那么水波会怎样呢， 如上图所示， 探测器可以接收到水波能量强弱并给予记录， 当两条狭缝同时打开， 接收屏上描绘出的曲线与发射子弹时的结果不一样， 由于波同时穿过两条双缝， 随后双缝可以看作新的波源， 发射出两串波在空间叠加， 最终屏上出现了强弱相间的条纹， 这就是波表现的特征。 显然，波与粒子有着显著差异。 好啦，那么我们接下来探测电子吧， 看看如果对着双缝发射电子， 会呈现怎样的图像。 结果让我们大吃一惊， 接收屏描绘出了波才有的结果。 那是否意味着， 电子同时穿过了两条狭缝？ 电子是粒子， 怎么能同时穿过两条狭缝？ 是啊， 我也不敢相信。 于是我想探测下， 电子是否真的同时穿过了两条狭缝。 很简单， 在双缝后边加一个光源， 只要能够看清电子从哪个缝过来的不就好了。 沿着这种思路， 马上行动， 我进行了改良版电子双缝干涉实验。 不可思议的现象出现了。 当我们把光源打开， 看清了电子从哪个缝过来之后， 屏幕上的条纹没有了！！！ 取而代之的是类似子弹射来时的结果。 可是当我们把光源关闭， 条纹随后就出现了！！！ 这是怎么回事？？？ 太简单了！ 你的光影响了电子的行为！ 必须把光调“暗”！ 对，是增加的那部分装置影响了实验结果。 那么我们就把光调“暗”吧， 于是我们调低了光的亮度， 可是结果依然呈现子弹的图像！ 再低！ 还是子弹的图像！ 无论我们怎么调低， 除非我们把灯关掉， 图像才会发生变化。 这又是怎么回事？ 显然，实验结果并不受光的亮度影响。 那么，受什么影响呢？ 光的颜色！！！ 其实，我们应该想到， 光是量子化的， 每个光子的最小能量为hf， 由于光的频率太大， 影响了电子的行为， 所以我们不能调暗光源， 我们应该改变光的频率， 把观察光源的频率调低！ 红橙黄绿青蓝紫， 频率逐渐增高， 所以应该尽可能用靠近红光的频率来照射。 想到这些， 马上换“灯泡”！ 换完之后，满怀期待地打开电源， “灯”亮了， 接收屏上的条纹又回来啦！ 可是， 悲剧的是， 由于红光的波长较长， 它打在电子身上会引起散射， 我们看电子不再是一个点， 而是一个大大的圆斑， 条纹虽然回来了， 可是电子的圆斑太大， 我们根本无法判断 电子到底从哪个狭缝过来的！ 怎么办？ 我们再调高点频率。 好！ 可是诡异的事情出现了， 当我们看清电子的时候， 屏幕上的条纹就消失了， 当我们看不清电子的时候， 屏幕上的条纹就出现了。 这似乎可以理解为， 我们看清了电子， 它就是粒子， 表现出粒子的特征。 我们看不清电子， 它就变成了波， 同时穿过了狭缝 表现出波的行为。 如果电子是波， 我们就无法真正搞清楚它到底位于哪儿！ 某些物理量永远不可能同时得到精确测量结果！ 电子双缝实验还隐含着测不准原理！ 哇～ 喔～ 让我来梳理下思路， 我们看电子的行为， 影响了电子本身的性质， 我们以前之所以认为电子是粒子， 是我们把电子“看”成了粒子！ 当我们不看它的时候， 似乎它可以弥散在整个空间， 以一种物质场的形态出现， 然后通过物质场的作用， 表现出波动结果。 原来我们对世界的理解， 不是独立于自身的， 我们的认识严重依赖于我们探索这个世界的行为！ 我们是这个世界的一部分， 你不可能从这个“客观”世界剥离出来， 而不改变我们所观察的世界本身！ 我不认为有一个独一无二的实在宇宙……即使物理学定律本身也可能在某种程度上依赖于观察者。 ——霍金 我们在未知之岸上找到了一个奇怪的脚印。我们曾设计出一个接一个的深奥理论来说明它的来源。最终我们成功重建出留下脚印的生物。诺，那是我们自己的脚印。 ——爱丁顿爵士，英国天文学家和物理学家 天啊！ 量子理论好恐怖！ 我们整个世界的基础， 并不像我们以前所认识的那样， 它是不连续的， 它既是波又是粒子， 它用掷骰子的方式来运转， 它的某些物理量永远不能被同时精确探测， 它与周围的物质（能量）紧密联系不可分割， …… 这个世界怎么了？ 其实不用恐惧， 如果你感到惊奇， 那么你真的开始理解量子理论了！ 应该感到高兴， 我们的认识终于跟上点科技发展的步伐， 普通民众也能站在科学的最前沿， 品位科学发展所带给我们的惊奇和美丽！ 这是多么美好的一件事！ 这个世界， 我们一起探索！ 不知不觉……我们就把认识主体从我们力求理解的自然的领域内排除了。我们变到一个旁观者的角色，不属于这个世界，而通过这一手法，这个世界就变成一个客观的世界。我们的科学是建立在客观化基础上的，依靠这个，科学就把自己同……对心灵的适当理解割裂开来。但是我们的确相信，这正是我们现在的思维方式需要修补的地方，也许得从东方的思想输血。 ——薛定谔，引自Mind and Matter |
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