量子力學的疑問

結果先于意識,，還是意識先于結果?

以人類常規(guī)的思考邏輯來看，我們一定會不假思索地回答道是意識存在影響了結果本身,。

可事實真的是這樣嗎?

如果現(xiàn)在要說所有的結果都是注定選擇好的,，無論我們的意識如何，選擇怎樣,，最終的結果都已經(jīng)定好了,，人們會怎么想呢?

現(xiàn)代物理學中很少有科學實驗像雙縫實驗這樣離譜，它向物理界傳達的一個最直接的信息便是:

光和物質既可以作為波,，也可以作為離散的粒子,，這取決于它們是否被觀察到。

盡管如此,，雙縫干涉實驗的過程和結果仍是量子力學的一大謎團,。

為了方便理解雙縫實驗證明了什么，我們得從量子力學中去尋找答案,。

1925年,，維爾納·海森堡給馬克斯·博恩提交了一份論文回顧，這份論文展示了如何測量亞原子粒子的屬性,，例如它們的位置,、動量和能量。

博恩表示這可以通過數(shù)學矩陣來表達,，單個粒子有明確的凸形和描述,，這為后來的量子力學矩陣描述奠定了基礎,。

同時期內(nèi)，薛定諤發(fā)表了他對量子力學的波動理論,，在他的理論中,，粒子的定義可以是波形的方程。

也就是說,，粒子其實是波,。

科學家對量子力學的進一步研究產(chǎn)生了“波粒二象性”的概念，這也是量子力學的定義特征之一,。

根據(jù)此概念，亞原子實體可以被描述為波和粒子,，但這取決于觀察者如何測量它們,。

量子力學在普朗克、愛因斯坦,、玻爾,、德布羅意、薛定諤等人的工作下,，當前的科學理論都認為所有粒子都表現(xiàn)出了波動性,，反之亦然。

另外波動性的表現(xiàn)不僅在基本粒子方面得到了驗證,，即便是原子甚至分子更大維度的復合粒子上也得到了驗證,。

然而在宏觀粒子中，由于波長太短,，通常無法通過科學實驗來檢測波的特性,。

觀察者決定量子實體如何顯現(xiàn)，如果我們試圖測量一個粒子的位置,，那么測量該粒子的位置時,，它便不再是波。

但如果去試圖定義它的動量,，人們又會發(fā)現(xiàn)它的行為和波一樣,。

除了它存在于該波中任何給定的概率外，科學家無法確定它的位置,。

本質來看,，將其作為粒子或波來測量，決定了它會以什么形式出現(xiàn),，而雙縫實驗正是證明這種波粒二象性最簡單的例子,。

是波還是粒子?

值得一提的是，雙縫實驗遠遠早于科學家們在20世紀對量子力學的描述,。

自英國科學家托馬斯·楊在1801年首次進行實驗來,，這個問題已經(jīng)困科學家200多年。

楊的實驗讓他發(fā)現(xiàn)，光會像波一樣出現(xiàn),。

如果我們用兩個平行的狹縫在墻上照射一束光時,，假設光束只有一個波長。

當光線穿過狹縫時,，每個狹縫都會出現(xiàn)新的光源并在分隔后的另一側出現(xiàn),。

來自每個狹縫的光會出現(xiàn)衍射，并于來自另一個狹縫的光進行重疊且相互干擾,。

任何波都可以產(chǎn)生干涉圖案,，無論是聲波、光波還是穿過水體的波,。

當波峰在波谷發(fā)生撞擊時,，它們彼此會抵消，這被稱作相消干涉,，并會顯示出暗帶,。

當波峰撞擊波峰時，它們則會相互放大,。

這被稱作相長干涉,，并會顯示出亮帶。

亮帶與暗帶的組合便被稱為“干涉圖案”,，這可以在狹縫對面的墻壁或是屏幕中看到,。

對于光子或電子這樣的量子實體，它們雖然也是單個粒子,，但如果將它們通過雙縫射出一個光子時會發(fā)生什么呢?

光子在實驗中出現(xiàn)的條紋干涉圖案表明,，單個光子的行為就像通過了兩個縫隙一樣，這使它的表現(xiàn)是一個波,。

如果在狹縫前設置一個檢測器,，它可以觀察光子并在檢測光子通過時亮起，檢測器會在檢測時有50%的時間點亮,。

此時屏幕上留下的圖案會發(fā)生變化,，它看上去就像兩道光杠。

如果在墻后面設置探測器,，旨在光子穿過狹縫后才進行檢測,，便會得到相同的結果。

這意味著即使光子會以波的形式通過兩個縫隙,，一旦被檢測到,，它就不再是波而是粒子狀態(tài)。

不僅如此,，從另一個縫隙出現(xiàn)的第二波也會坍縮回去,，通過另一個縫隙檢測到粒子,。

相關的實踐表明，通過雙縫隙射出的單個光子越多,，探測器在50%的時間里越接近探測到光子,。

這就好比拋硬幣會隨著拋投次數(shù)越多，正反面的概率會越接近50%,。

這似乎說明,，宇宙以某種方式同樣在觀察實驗者，雙縫中的實體量子態(tài)也受概率定律支配,，因此科學家們無法確定一個物體的量子態(tài)是什么,。

顯然，波和粒子產(chǎn)生了截然不同的模式,，它們本應該很容易地被區(qū)分,。

可一旦進入量子力學領域，事情便會出現(xiàn)這種詭異的情況,。

原子尺度上，如果我們進行單縫實驗,，并將光子發(fā)射到傳感器屏幕上,。

光子會在屏幕上顯示為一個點，這時我們可以認為光子是粒子,。

可一旦打開兩個狹縫,，就會出現(xiàn)干涉。

如果單個地發(fā)射光子,，如果它們沒有機會互相干擾,，那它們會表現(xiàn)得像粒子還是波呢?

二重奏

這便是雙縫實驗最恐怖的地方，起初光子會以隨機散射的方式出現(xiàn)在屏幕上,。

但隨著光子越來越多,，干涉圖案開始出現(xiàn)，每個光子本身都會對整體波狀造成影響,。

按理來講,，一次發(fā)射一個光子，它們之間不應該出現(xiàn)干涉才對,。

縫隙,、光子、探測器都是相同的情況下,，探測器關閉后,，粒子狀圖案便不會出現(xiàn)。

此時,，粒子的表現(xiàn)會再次在屏幕上形成波狀的干涉圖案,。

當我們不去觀測它的時候,，它是波，當我們觀測它的時候,，它是粒子,。

光子似乎知道它們處于波態(tài)中會去向哪里，就像影院中觀眾沒有分配座位就出現(xiàn)了,，但每個人卻又知道自己該坐哪里,。

粒子的所有可能路徑都可以相互干擾，即使實際存在的路徑只有一條,，所有現(xiàn)實同時存在,，直到最終結果出現(xiàn)。(這類似于疊加態(tài)概念)

雙縫實驗在哥本哈根解釋中,，玻爾和海森堡為其提供了一種看法,。

但兩人關于量子力學的看法并不統(tǒng)一，玻爾提供了一種獨立于主觀觀察者或測量的解釋崩潰,，它依賴于一個“不可逆”過程,，并可能發(fā)生在量子系統(tǒng)中。

海森堡則強調觀察者和被觀察者之間的“切割”,，兩者無法真正觀測到彼此,。

另一個重要問題便是波粒二象性，兩人的看法在實驗本身和數(shù)學定義種出現(xiàn)了分歧,。

哥本哈根解釋否認了波函數(shù)提供了普通物質體的直接可理解的圖像,，或某些此類物質的可辯別成分。

從波函數(shù)來看,，它是一個數(shù)學實體,，它為系統(tǒng)上每個可能測量的結果提供概率分布。

而量子態(tài)的知識還有系統(tǒng)隨時間演化的規(guī)則,，含進了所有可預測的系統(tǒng)行為,。

也就是說，觀測和測量物體的行為不可逆,，除非根據(jù)物體的測量結果,，否則不能將任何真理歸因于物體。

雙縫實驗的觀測和結果可以同時存在,，觀測本身就會導致粒子發(fā)生變化,，從而影響結果。

換位到哲學中,，選擇意識是否還具備重要性,，結果是否重要。

如果說意識會影響結果,，可結果在一開始就被定下,，那選擇是否還有意義?這便是量子力學在今天給人們帶來的思考,。