20世纪,当时理学家们开始纠结一个问题,光到底是波还是粒子?

  为了找到真相,大家决定做一个实验,用一个发射光子的机枪对准双缝发射,假如光束是由粒子组成,那当它通过双缝后呈现在屏幕上时,就一定会留下两道杠,这就和子弹击中目标后会留下孔,是一样的道理,假若光束是由纯波组成,那么屏幕上就会留下如斑马线一样的多道条纹。

  根据波动理论,当水波穿过缝隙时会形成两个波源,两道波源各自震荡干涉,波峰与波峰之间强度叠加,波峰与波谷之间正反抵消,这种屏幕上会出现一道道复杂且唯美的斑马线。

  总之两道杠,粒派胜,斑马线,波派胜。

  第一次实验,把光子机枪对着双缝发射,结果标准的斑马线,第二次实验把光子机枪切换到点射模式,虽然每次只发射一个光子,但是经过一段时间的积累还是出现了干涉条纹,这样人百思不得其解,明明两个狭缝只有一个狭缝有光子,那这个光子是在和谁进行干涉呢?难道他是在和自己干涉吗?

  到这里为止第一个问题出现,为什么会这样?这便是量子力学中的第一个定律,叠加态原理,之前讲的薛定谔的猫,其实就是因为薛定谔不相信叠加态原理,并想告诉玻尔,这个世界上不可能存在不死不活的猫,不过这都是后话了。

  由于当时哥本哈根诠释尚未提出,所以这让物理学家感到尤为蹊跷,并开始尝试第三次实验,在屏幕前面加装两个探测器,一边一个,左右排开,哪边的探测器看到光子,就说明光子穿过了那条缝,通过探测器观测到的数据发现,光子确实是指从左缝或者右缝单一通过,正当科学家以为一切都真相大白的时候,却突然头皮发麻,并在屏幕上看到了明显的两道杠。

  为什么会这样?为什么用探测器观测了就有斑马线变为两道杠呢?

  这便是量子力学中的第二个定律,观察者原理,仅仅观测了就会引起叠加态的坍缩,并看到一个确定无疑的结果,由于当时哥本哈根诠释尚未提出,所以他们也是一头雾水,而且光是波还是粒子似乎都说得过去,正当他们吵得不可开交时,爱因斯坦提出了一个大胆的假说,光量子假说,并在后来演化成了波粒二象性。

  即光子在传播的时候显示为波性,但是在测量时却显示出粒子性,但我要强调的是,波粒二象性只是性质而不是本质,通俗的说,就是既可以表现出波的性质,又可以表现出粒子的性质,而这其中的变量,只是因为观测方式的不同。

  举一个并不恰当但是很容易理解的例子,你是你爸爸的儿子,你爸爸也是你爷爷的儿子,但是你能说你爸爸就是儿子吗?而光也是一样的道理,到这里为止,所有的疑问似乎都迎刃而解。

  双峰干涉实验可怕吗?不可怕,用波粒二象性足以解释,但是几十年后发生的一件事情才是让经典物理学倒塌的关键,这就是1979年惠勒提出的延迟选择实验。

  他们继续重复之前的双缝干涉实验,不过这次只有屏幕没有摄像头,物理学家计算好光子穿过缝的时机,当它穿过后,在最后快要落到屏幕前时,加上探测器,结果无论探测器速度多快,只要最终加上,屏幕上一定是两道杠,反过来,如果一开始有摄像头,哪怕在最后一刻撤掉,屏幕上一定是斑马线,原因就在于探测设备是在光子穿过干涉缝隙之后才对光子造成了影响,但是能影响到光子穿过干涉缝时的状态,这点就很有意思了。

  理论上来讲,冲锋在前是因,被探测在后是果,按照经典物理学的因果律,因能决定果,但在这次实验中,果却能决定了因,也就是说在微观世界中,未来确实能改变从前。

  截止到目前,对于此问题还是没有一个人能给出一个确切的解释,但是套用玻尔的话,在观测发生之前,没有任何物理量是客观存在的,你就会发现这一切都能解释,这就是量子力学神奇的地方,他能将双缝干涉实验和延迟选择实验解释得如此完美,在延迟选择实验后,物理学界无一人不再相信量子力学。

  1947年,玻尔将自家族徽设计为中国太极图图案,这足以看出波尔对太极思想的痴迷程度。他认为太极图就是对量子力学最完美的解释,而中国古人也早已在遥远的几千年前就已经领悟到了整个世界的运转规律。从至大无外的宏观宇到至小无内的微观领域基本粒子,其发展变化规律尽在太极之中。众妙之门,无所不在,相互相斥,无始无终。

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