普朗克粒子 量子力学中最神奇的实验，双缝实验为什么让科学家感到不安？

提示:

双缝实验是量子力学中最神奇的实验之一。这个实验是由英国科学家托马斯·杨在1807年提出的，证明了光的波动性。20世纪初，量子力学的出现为双缝实验增加了新的解释。

光的历史

牛顿是光学的创始人。17世纪，他建立了经典力学，认为光是由许多微小粒子组成的粒子流，被称为“光的粒子理论”。这个理论成功地解释了光的折射和反射现象。在后来的100多年里，粒子理论一直被认为是光的正统理论。

1807年，英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验，证明光是波而不是粒子，因为干涉是波的特征。此后，光的波动理论逐渐取代粒子理论成为正统。

100多年后，光的波动理论遇到了一些无法解释的现象，比如黑体辐射、光电效应等等。然后普朗克、爱因斯坦等人又一次把光的粒子理论放到了科学的舞台上。

随着量子力学的发展，科学家们提出了光的波粒二象性。伟大的物理学家费恩曼曾经说过:“双缝干涉是量子力学的核心实验，其中蕴含着量子力学最深的奥秘。”

双缝干涉

在经典力学的波动理论中，双缝干涉是光波的解释，并不神秘；但是在量子力学中，双缝干涉并不是那么好解释的，还有很多地方科学家还没有搞清楚。

对于这个实验，首先根据量子力学，光由一个光量子组成，每个量子的能量为E=hυ，其中h为普朗克常数，υ为光子频率。

当单色光通过窄单缝再通过双缝时，会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹；这个实验的奥秘在于，如果我们一个个发射光子，即使用电子甚至分子代替光子，也能得到干涉条纹。

从粒子的角度来看，粒子通过单缝再通过双缝只有两种选择，屏幕上要获得两条亮线；但事实是得到了大量的干涉条纹，说明在这个实验中，单个粒子是可以干涉自身的。

换句话说，单个粒子不是穿过一个狭缝，而是同时穿过两个狭缝；你没听错，是单个粒子同时通过双缝，就像单个粒子一分为二后通过双缝，然后干涉形成一个粒子落在屏幕上。

这个实验的奥秘在于，一旦我们试图探测粒子穿过了哪个狭缝，比如在双缝上加一个探测器，干涉条纹就会立刻消失，就好像粒子知道你观察到了一样。

实验过程是否被观察到会影响实验结果，这是非常令人费解的。爱因斯坦一开始嘲笑量子力学:你不观测，月球就不存在！

这个解释很难让人接受，但却是量子力学对双缝实验的解释。无数顶尖物理学家尝试过你能想到的任何东西，最后都认为这个解释是最合理的。

实验扩展后，还介绍了薛定谔的猫，量子延迟选择实验等等，比如薛定谔的猫中，猫是死的猫是活的，对应双缝干涉实验中的两个狭缝。这两个实验本质上是一样的。双缝干涉实验解决了，半死不活的猫也就解决了。