一个普通的物理实验到底诡异在哪儿，能让那么多人着迷？

作为一个长期充满好奇心的人，我总是对各种奇闻异事怀有极大兴趣。然而，没想到，我作为一个物理极差，且对于理科毫无兴趣的文科生，有一天，居然对物理产生了强烈的探索欲！

这个激发我极大求知欲的东西，就是著名的“双缝干涉实验”。这个实验可以说也是全球互联网上最神秘，最诡异，最让人不解的现象之一，甚至于让物理这个在很多人看来晦涩难懂又枯燥的东西出了圈。

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实验是什么

理解实验之前，先做个最简单的假设。我们把小球随机射向前方有着一条竖直缝隙的挡板，小球穿过挡板缝隙并打在墙上，就会留下点状的痕迹；那么，如果一直不停把小球射向挡板，穿过缝隙的小球们在墙上留下的痕迹，就会渐渐变成一条竖线。

小球穿过单缝

这时把挡板的缝隙变成同样长短粗细且平行的两条（“双缝”的含义），再把小球们不停射到两条缝隙里，最后墙上的痕迹就会变成近乎平行的两条竖线。

小球穿过双缝

好，我们这时再把小球换成水波又如何呢？事实就是，如果挡板只有一条缝，水波不停穿过缝隙后，留在墙上的痕迹也是一条竖线（此时和小球的情况没有区别）；

水波穿过单缝

而当缝隙变成和前面一样情况的两条时，结果不一样了。因为穿过缝隙时，波纹会在扩散时相互影响交叉（“干涉”的含义），当波纹不断进入缝隙时，交叉情况就会更加复杂，而墙上的痕迹就会变成多条明暗相间且平行的竖线（这个就叫“干涉条纹”），和小球的情况形成对比。（不信自己可以实验一下，看看双缝的水纹效果就知道了）。

水波穿过双缝

以上就是双缝干涉实验的基本操作。而所谓的小球和水波其实只是个形象的比喻，方便大家理解罢了。真正的实验对象，其实是微观世界的粒子（光子和电子等，别怕，用不着理解这个的含义和区别）。

干涉条纹

而当我们把光子（电子）射向挡板的缝隙时，结果会是什么？其实和前面的假设差不多，当挡板只有一条缝时，穿过缝隙的光子（电子）们依然会在墙上留下一条竖线痕迹；而变成双缝挡板时，墙上的痕迹就变成了和水波一样的干涉条纹。

粒子穿过单缝

粒子穿过双缝

这印证了一条物理学基本原理：粒子具有波粒二象性。这个意思就是说，光子和电子这样的粒子既是粒子（就像个小球），又是波（仿佛水波）。所以通过单双缝时，会留下两种不同痕迹。

诡异的实验结果

这时，哪怕你没有听懂，我想你也可能会有个疑问：“哈？就这？听上去好像没什么啊？”

别急。如果真的这么简单，那这个实验怎么会这么出名呢，你说是吧？

因为这个实验还没有做完。科学家们想，之前是多个粒子同时不停发射，在穿过双缝时，可能互相碰撞影响，所以在墙上留下了干涉条纹；那么把粒子一个一个单独发射过去呢？应该不再会有干涉条纹了吧？（就像那个小球的双缝实验一样）

单个粒子穿过双缝

然而，事与愿违。即便通过这种方法规避了互相影响的可能，在双缝条件下，最后依然在墙上形成了干涉条纹（而不是大家认为的两条竖线）！咦？怎么回事？难不成单个粒子射过去会分裂成两个粒子（两条波），自己干涉自己？然而这还不算什么。

他们又架设了一台观测装置放于挡板处，用来观察单个粒子穿过双缝时的运动轨迹。你猜怎么着？这时的粒子居然乖乖听话，像我们之前认为的那样，只会从其中一条缝穿过，观测结束后，留在墙上的痕迹是两条竖线；而停止观测后，单个粒子又开始不听话了，痕迹再次变成干涉条纹！（这个现象被称为“观察者效应”）

单个粒子穿过双缝，并加上观测装置

这时的效果

这个就太奇怪了！难道粒子是在不知下一个粒子落点前，已经有意识地预测并选择了自己的落点，从而形成干涉条纹？还有意规避人类的观察？人的抽象意识还能改变客观结果？

这个单粒子双缝干涉实验可以说震惊了世界。人们百思不得其解—没有生命的物质也有意识？人们常说物质决定意识，难不成也可以反过来？一时间，科学仿佛和玄学都能扯上关系了。而这个实验最早由19世纪初的英国科学家托马斯·杨（Thomas·Young）提出并发现，如今也没有特别完美的解释。

进阶版实验再次颠覆认知

而以经典双缝干涉实验为基础，科学家们还陆续做出了更多进阶版，比如这一个。

这个实验叫做“延迟选择量子擦除实验”。想法最早来自于爱因斯坦的同事约翰·惠勒，他在1979年提出了这个构想。只不过这个设想因为条件限制，当时并没有直接实验过。后来随着科技进步，人们终于可以通过实验装置完成这个构想性实验了。它的基本操作如下：

以经典双缝干涉实验为基础，先在双缝挡版和墙体之间增加一个特殊晶体和A，B两个探测器（你可以把这个理解为我们的眼睛）。实验开始后，单个粒子会陆续穿过缝隙（缝隙标记为缝隙A和缝隙B），到达晶体后，粒子被分为相同大小质量的两个，先把一个投在墙体，再把另一个随机投在A和B两个探测器上（分别对应缝隙A和缝隙B）。

延迟选择过程

运用晶体把粒子分成两个，是为了不观测投到墙体粒子的运动，探测器则是用来测定另一个粒子是来自于哪条缝隙—如果探测器A（B）亮起，表明粒子经过的是缝隙A（B）（这个过程就是“延迟选择”）。把观测器放到挡板后，就是为了避免之前的观察者效应。但实验结果显示墙上得到的痕迹依旧是两条竖线。不应该啊？我们并没有直接观察投到墙体的粒子啊？

然后，科学家在探测器A和B之后，又增加了探测器C和D。当粒子经过探测器A和B之后，有一半粒子来到了C和D并使其发光。它的作用就是扰乱之前探测器A和B的观测结果，我们便无法得知粒子穿过的是哪条缝了（这个过程叫做“量子擦除”）。你能想到吗，墙上的痕迹又变成了干涉条纹！

量子擦除过程

结果又一次颠覆了人们的基本认知！它仿佛告诉我们，因果规律可以倒过来，我们的现在的观测行为居然能够影响过去的粒子状态，也就是现在的行为使得事件回到了过去，发生某种改变并影响了结果。

难道，科幻小说里的时间回溯，时光倒流似乎成了可能？

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不得不说，现有科学仍然还有局限性，谁也不知道宇宙之间还有什么东西和规律是我们不知道的。也许，终有一天，我们能建立新的认知和规律，把这些不合理变成合理，想想就觉得很神奇。