电子双缝干涉之谜揭密

　　有人把电子双缝干涉实验称为十大经典物理实验之首，认为这个实验颠覆了世界，让人匪夷所思、毛骨悚然。实际上电子双缝干涉实验深刻揭示了传统波动理论的重大缺陷，也预示着当代量子力学将迎来新的重大发展。

　　第一节　 什么是电子双缝干涉实验

　　　1807年，托马斯·扬作做光的双缝干涉实验，认为光的本质是波。1961年，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松第一次用电子束做双缝干涉实验，当时科学家普遍认为电子作为一种实物粒子，通过双缝后将在屏幕上打出两条亮纹，就像子弹通过双缝后将在屏幕上形成两条弹着点一样，如下图所示。然而事实并非如此，电子通过双缝后在屏幕上形成了明暗相间的条纹（干涉条纹）。

　　电子作为实物粒子为什么会形成明暗相间的干涉条纹呢？比照光的双缝干涉实验，科学家认为电子也是一种波，通过左缝的电子和通过右缝的电子发生干涉就形成了明暗相间的干涉条纹，电子的波动理论很好地解释了电子束通过双缝产生干涉现象的实验事实，但是真正的考验还在后面。

1974年，克劳斯·约恩松将电子一粒一粒的发射出来并让它通过双缝，当第一个电子到达屏幕以后过一段时间再发射第二个电子（目的是为了确保第一个电子不会对第二个电子产生影响），经过足够长的时间之后屏幕上依然出现了干涉条纹（若干条等宽的亮纹）。这个结果就让人吃惊了。

　　波动理论认为电子双缝干涉条纹是电子间相互干涉的结果（即通过左缝的电子与同时通过右缝的电子间产生了干涉），如果是成对的电子同时通过双缝还好理解，但问题是电子发射源每次只发射一个电子屏幕上依然产生了干涉条纹。那么单一电子在跟谁干涉呢？它到底通过哪条缝呢？

　　为了搞清楚单个电子到底是从哪条缝经过的、电子有没有同时通过双缝，科学家在双缝后加了一个观测仪器，实验成功地观测到电子通过了左缝、右缝、左缝、右缝……，并且实验中发现同一时刻电子只通过一条缝。但更神奇的事情发生了：不加装探测装置观测的时候，电子表现出波的特性（在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹），而一旦加装探测装置电子就表现出粒子性（在屏幕上形成两条亮纹）。为了排除光子对实验的影响，科学们又做出了一种既不影响电子、又能观测到电子的装置，这种观测仪器不发光、只接收光，但得到结果还是一样：不观测电子就表现出波动性、一旦观测电子就表现出粒子性。在经历多次实验以后，科学家们普遍认同了这一观点：一旦我们观测电子就表现为粒子性，如果我们不观测电子就表现出波动性，于是有人提出人类的意识会影响最终的实验结果。

　　对电子双缝实验的主流解释为哥本哈根诠释：光子（电子）总是以波的形式在空间分布和传播，当外界对光子（电子）进行了成功探测时就会使光子（电子）波函数坍缩成一个点。这种观点认为在光（电子）的双缝实验中，光（电子）总是以波的形式同时通过双缝中的上缝和下缝，如果光波在上缝处被探测到，那么同时以波的形式通过下缝的光波就会消失，因为光的波函数在上缝处坍缩成一个点；如果光波在下缝处被探测到，那么同时以波的形式通过上缝的光波就会消失。

　　第二节　揭穿光（电子）同时通过双缝中的上缝和下缝的谎言

　　我们可以用一个简单的假想实验来揭穿光同时通过双缝中的上缝和下缝的谎言，这个实验重在分析与逻辑推理过程，并不要求有多么先进、多么精密的仪器。实验器材很简单，找一个双缝用透明感光介质把双缝中的下缝填满，并确保下缝感光介质每次都能使通过的光子感光。

　　当一个光子（或者叫光波）通过双缝时，根据波动理论的推理，这个光子总是以波的形式通过同时通过上缝和下缝，由于光波在通过下缝时遇到感光介质必然会被介质感光，由于通过下缝的光波被介质感光（相当于被我们成功观测到）必然会在下缝处坍缩成一个点变成粒子形态，那么同时通过上缝的光波就会立即消失（因为光波由于被成功观测到在下缝处坍缩成一个点了），既然如此，那么从上缝经过的光波会因为坍缩消失则光波无论如何也不会从上缝处通过。这就很尴尬了，光照射在双缝上，怎么老是在下缝处坍缩成一个点变成粒子形态，而上缝处始终没有光波通过呢？

　　此时屏幕上会形成什么样的条纹呢？根据波动理论的推理，如果感光介质是透明的则屏幕上会出现一条亮纹，这是由于我们的成功观测导致光子坍缩显示粒子性特征，光子通过透明的感光介质后就会打在屏幕上形成一条亮纹；如果感光介质不透明则屏幕上什么条纹也没有（因为下缝处填满不透明的感光介质光没有办法通过，而上缝由于波函数在下缝处坍缩消失也不会有光通过），这样，下缝不透明不能让光通过而上缝处的光波因为坍缩在下缝处而消失，所以屏幕上什么也得不到。有吃瓜群众指出，如果双缝的下缝不透明，那么这样的双缝至少还有一条可以让光子自由通过的上缝，光子即使通过一条上缝至少也会在屏幕上形成衍射条纹，屏幕上怎么会什么也得不到呢？很明显这是有悖于常理的，也是无法自圆其说的。

　　我们都知道，在双缝实验中用一个透明薄云母片或玻璃片盖住下缝，屏幕上形成的依然是干涉条纹只不过整个干涉条纹会向下移动；接下来我们把下缝用薄云母片或玻璃片填满，屏幕上形成的依然是干涉条纹只不过整个干涉条纹向下移动；随后，我们在填满下缝的薄玻璃片涂一层感光介质，接下来就是见证奇迹的时刻了。如果下缝的感光介质不透明，根据波动理论，一个光子在以波的形式同时通过双缝时会在下缝处坍缩成一个点变成粒子形态，所以光波不能从上缝经过而下缝又不透明（光波也不能从下缝经过），这样屏幕上什么也得不到。实际上，即使双缝的下缝不透明、但至少还有一条可以让光子自由通过的上缝，光子即使通过一条上缝至少也会在屏幕上形成衍射条纹，怎么会什么也得不到呢？这和实验结果完全不符。同样，如果下缝的感光介质透明，根据波动理论，光波同样不能从上缝经过，这样光波在下缝处坍缩成一个点，这样的双缝又等同于事实上的单缝了，它将在屏幕上形成明暗相间的衍射条纹。

　　这里我们看到，无论感光介质透明还是不透明，波动理论都无法得到正确的结论，这个假想实验也深刻揭示了波动理论的重大缺陷。要从根本上解决这个问题，只有彻底抛弃波动理论，重新认识光的粒子模型。

　第三节　单电子双缝干涉条纹的形成原因

我们认为，单个电子形成明暗相间的干涉条纹的原因是：一个电子在通过双缝时能且只能通过双缝中的一条缝（左缝或者右缝），在通过缝的同时由于电子吸收了特定数目的引力子（成为极不稳定的'超临界状态'的电子），吸收了不同数量引力子的电子将发生不同的偏转角度并到达屏幕上不同的位置，根据电子吸收引力子数量的不同电子有可能到达第一条亮纹处、也可能到达第二条亮纹处、还可能到达第三条亮纹处……甚至到达第n条亮纹处。处于'超临界状态'的电子和引力子的结合力是极其微小的，外界任何轻微的扰动都会让处于'超临界状态'的电子立即'裂变'放出特定数量引力子从而改变其原来的运动状态。我们在双缝后安装探测仪器后，探测仪器发出的光子与处于'超临界状态'电子发生碰撞，光子对电子的冲击将会使处于'超临界状态'的电子立即'裂变'放出特定数量的引力子，这样就抹去了引力加在电子上的调制信息，从而使电子恢复到原来的运动轨迹并表现出粒子性特征。

新的矛盾揭示新的机遇，深入认识光的本质并推动当代物理学进入后量子力学时代刻不容缓。不能因为西方科学用物质波理论解释衍射干涉现象就显得高大上，我们用粒子模型解释光的衍射干涉现象就显得原始落后。希望有更多的有志之士支持我们、加入我们，书写物理学发展史上浓墨重彩的新篇章！！！