雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（上）

在量子力學(xué)里,，雙縫實(shí)驗(yàn)(double-slit experiment)是一個(gè)測(cè)試量子物體，例如：光或電子等的波動(dòng)性質(zhì)與粒子性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),。

在20世紀(jì)20年代中期,，美國(guó)新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，揭開(kāi)了電子全然不為人知的一面,。

當(dāng)時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)電流是由一些微小物質(zhì)組成的,，就好像微型臺(tái)球一樣小卻實(shí)實(shí)在在的粒子。在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中,，他們要用電子槍沖著一個(gè)屏幕發(fā)射一束電子,，讓其通過(guò)兩個(gè)狹縫,，電子穿過(guò)狹縫打在后面的屏幕上，然后觀察電子將會(huì)如何分布,。

貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)顛覆物理學(xué)界的結(jié)果,，即：電子具有波性！

要理解這緣由,，我們先用水波做一個(gè)類似的實(shí)驗(yàn),。把一個(gè)水波池放在一個(gè)朝上的投影儀上，用一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)產(chǎn)生穿過(guò)兩個(gè)狹縫的水波,。投影儀的光束把水波的圖案打到墻上,。你能看到水波從左邊涌進(jìn)去，穿過(guò)這兩個(gè)狹縫,，然后它們?cè)诹硪粋?cè)分散開(kāi)來(lái),，相互影響，當(dāng)一個(gè)波峰遇上另一個(gè)波峰的時(shí)候,，它們會(huì)疊加產(chǎn)生更大的波浪,，但如果一個(gè)波峰遇到另一個(gè)波谷，就會(huì)彼此抵消,。這些特征線是這種波形的特征,。

只要你看到這種亮和暗的譜帶，也就是波形特征,，這就毫無(wú)疑問(wèn)是波,。

新澤西的科學(xué)家們?cè)谒麄儗?shí)驗(yàn)中看到了什么？似乎射出的電子是微小堅(jiān)實(shí)的粒子,，但當(dāng)它們穿過(guò)了兩條狹縫后,，卻產(chǎn)生了和水波完全一樣的波形，亮和暗的譜帶,。

電子這種長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是粒子的物質(zhì),，表現(xiàn)出了波的特質(zhì)。

實(shí)際上還有更奇怪的：這波形不僅是由一整束電子形成的,，物理學(xué)家們很聰明,，他們想，也許是那些小球球們擠來(lái)擠去的形成了那種現(xiàn)象,。于是他們決定讓它們一個(gè)一個(gè)來(lái),，每次只發(fā)射一個(gè)電子。這樣的話,，就斷絕了它們之間相互干擾的可能性,。但等這么打了個(gè)把小時(shí)之后，同樣的干涉條紋出現(xiàn)了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在全球的實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)進(jìn)行,，即使科學(xué)家們將電子一個(gè)個(gè)進(jìn)行發(fā)射電子,，讓其穿過(guò)屏幕上的狹縫。最開(kāi)始,，每個(gè)電子似乎是隨機(jī)落到屏幕上某一處,，但它慢慢開(kāi)始成型了，典型的波形圖,！你說(shuō)這到底有多古怪,。

在水波池實(shí)驗(yàn)中，波形會(huì)存在是因?yàn)槊恳坏啦ɡ硕紩?huì)穿過(guò)兩道狹縫,，而且這兩邊的水波會(huì)彼此影響,，但在這里，每個(gè)單獨(dú)的電子,，每個(gè)獨(dú)立的粒子都會(huì)在達(dá)到屏幕前穿過(guò)狹縫,，而且每個(gè)單獨(dú)的電子都是這波形特征的一部分，每個(gè)電子必須得表現(xiàn)得像一道波一樣,。

為了解釋這奇怪的結(jié)果,，尼爾斯.玻爾和他的同事們給量子理論創(chuàng)造了一個(gè)瘋狂的理論，一個(gè)充滿矛盾,、幾乎無(wú)法理解的理論,，就像尼爾斯.玻爾自己所說(shuō)的：沒(méi)有被量子理論嚇倒的人是因?yàn)闆](méi)有理解它。

現(xiàn)在,，我們用電子來(lái)挖掘現(xiàn)實(shí)的核心,。做好被嚇到的準(zhǔn)備吧！因?yàn)檫@是唯一能解釋電子穿過(guò)狹縫打到屏幕上的方法,。

量子理論是這樣說(shuō)的：我們無(wú)法描述物質(zhì)實(shí)體的運(yùn)動(dòng)軌跡，我們只能描述電子可能所在處的位置,，我們把它稱為概率波,！這種概率波以某種方式穿過(guò)了兩條狹縫，并產(chǎn)生了像是水波的干涉,，隨后,，當(dāng)它們到達(dá)屏幕時(shí)，一個(gè)電子可能會(huì)神秘地成為實(shí)體,。

這就是玻爾和他的支持者們所說(shuō)的關(guān)于電子的理論,。電子概率波會(huì)穿過(guò)這兩道狹縫，同時(shí)穿過(guò)兩道狹縫,。

這就是說(shuō)：電子優(yōu)雅的概率波撞到了屏幕上,，只有到了那個(gè)時(shí)候，才會(huì)變成一個(gè)粒子,。

這總要有個(gè)解釋,，而這個(gè)解釋就是類似這樣的：?jiǎn)蝹€(gè)電子作為一個(gè)粒子離開(kāi),，然后變成一種潛在的波動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)縫隙,，然后自己和自己干涉,，然后再像個(gè)粒子一樣打向屏幕。但從數(shù)學(xué)上來(lái)看,，這解釋會(huì)變得更加奇怪：它是通過(guò)兩個(gè)縫隙,，還是沒(méi)通過(guò)任何一個(gè)縫隙，只通過(guò)這個(gè),，還是通過(guò)另外一個(gè),？所有這些可能都重疊在一起，物理學(xué)家們這次算是撞到鐵板上了,！他們開(kāi)始想偷窺,，看看它到底會(huì)走那條縫隙。

他們?cè)谝粭l縫隙邊上放了一臺(tái)測(cè)量設(shè)備,，看看它到底是通過(guò)哪里,。于是又重新開(kāi)始試驗(yàn)。但是量子世界的神秘遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)他們的想象,。當(dāng)他們當(dāng)看著的時(shí)候電子開(kāi)始變得像個(gè)小玻璃球,，在墻上打了兩條彈痕出來(lái)，而不是很多條的干涉條紋,。這種測(cè)量或者說(shuō)觀察電子會(huì)從那條縫隙通過(guò)的行動(dòng)意思是想只看看它從哪條縫隙,，沒(méi)查看同時(shí)從兩條縫隙通過(guò)的可能。電子選擇了不一樣的表現(xiàn),，它好像意識(shí)到自己被人看著,。

量子的世界和我們以前所見(jiàn)的一切都不同。很難表述出這到底有多瘋狂,。玻爾堅(jiān)定地聲稱：除非你能測(cè)量,，否則永遠(yuǎn)不可能知道電子實(shí)際上在哪里，而且不僅你不知道電子在哪里的問(wèn)題,，奇怪的是電子自己似乎可以同時(shí)處在數(shù)個(gè)地方,。

要知道，電子是生活中最基本的東西,，而在這里,，玻爾說(shuō)只有通過(guò)看，我們才能真正確定它們的位置,。

我們的世界和量子的世界之間仿佛隔著一道簾,，簾子后面是什么樣的呢？那里沒(méi)有具體的事實(shí)，只有事實(shí)的可能性,。只有我們把簾子拉開(kāi)看時(shí),，事物才會(huì)變成具體的，這就是哥本哈根詮釋,。