我们每天都能看到各种真实存在的物体,天上的繁星,热闹的大街,高楼大厦......这一切是如此的真实。
但如果我们告诉你,你看到的一切其实并不是真实的,很可能只是一种幻象,你有什么感想?会不会认为我是疯子?
不要着急反驳,我们先从最基本的说起,先来谈谈光的性质,光到底是粒子还是波?
这个问题持续了几百年,直到今天也没有一个确切答案。长期以来,科学家认为波和粒子是互不相干的,波就是波,粒子是粒子,一个物体不可能既是粒子也是波。
但是光好像就是一个例外,光可以同时表现出来粒子和波的特性,这让科学家们一度很烦恼,不知道该如何定义光的特性。
为了验证光的特性,科学家们做了双缝干涉实验,有很多版本,发现光穿过两条狭缝后,会在挡板后面的屏幕上留下干涉条纹,这说明光是一种波。
不过,当科学家们一个一个发射光子,单个光子理论上不可能同时穿过两条狭缝,所以,屏幕上不应该出现干涉条纹。
但结果显示,干涉条纹仍旧出现了。科学家们百思不得其解:单个光子是如何同时穿过两条狭缝,自己与自己发生干涉的呢?
接下来科学家们不断对双缝干涉实验进行升级,这次他们把光子换成了电子,如果说科学家们弄不清楚光子到底是粒子还是波,那么肯定知道电子是一种粒子,就像玻璃球那样的粒子。
但是实验结果仍旧是一样的,当科学家们一个一个发射电子时,挡板后面的屏幕上同样会出现多条干涉条纹。
这下科学家们彻底疯狂了:像玻璃球那样的电子,怎么可能同时穿过两条狭缝呢?
于是科学家们决定在挡板附近安装摄像头,看看单个电子到底是如何同时穿过两条狭缝的。这里强调一下,所谓的“摄像头”并不是我们平时所说的摄像头,而是一种相对复杂的电路系统,利用电子的带电属性,可以感知到电子到底穿过了哪条狭缝,这里就不再详述了,大家知道就行了。
当科学家试图观测电子时,奇怪的事情再次发生:电子乖乖地表现为粒子特性,并没有同时穿过两条狭缝,而是穿过了某一条狭缝,屏幕上的干涉条纹也消失不见了。电子好像知道科学家们在观测一样。
而且,即使在电子穿过两条狭缝之后,再进行观测,干涉条纹同样会消失。对于这样的结果,科学家们彻底无语了,他们真的不知道该怎么解释了。
不过,科学家们并没有放弃,想尽各种办法对实验进行改良,在才有了后来的延迟实验和量子擦除实验,不过,随着实验不断升级,带给人类的震撼更加强悍,电子的行为甚至违背了因果律,也就是说将来的事情可以影响到过去已经发生的事情,这实在太疯狂了。
爱因斯坦等科学家坚持自己的信仰,他相信因果律是不可能被打破的。但实验结果表明,在量子世界,因果律的确不复存在。
而以波尔为首的“哥本哈根学派”给出了自己的诠释,他们认为量子世界的本质就是不确定性,在我们没有观测之前,那里的一切都是不确定的,都处于叠加态,只能用概率去描述。
而一旦我们实施了观测,微观粒子的状态就确定了下来,用物理学术语表示就是“波函数坍缩”。
波尔进一步解释道:在量子世界里,根本不存在因果律,只有互补原理,也就是说,原因和结果并不像宏观世界那样纯粹的因果关系,而是互补关系,两者可以相互影响。
难道量子世界真的如此疯狂吗?不管我们相信不相信,实验结果确实如此,那里的一切与我们的宏观世界大相径庭。也难怪很多物理学界大佬纷纷感叹:世界上没有谁真正懂得量子力学。深刻含义就是,我们并不能用宏观世界的认知去理解量子世界。
如果仅仅是量子世界如此疯狂也就罢了,但问题就在于,宏观与微观并没有明确的分界线,并不是一刀切,宏观世界也是由微观粒子构成的。如果说微观粒子,比如说电子具有波的特性,速度和位置都是不确定的,也已随时出现在任何地方,甚至同时出现在两个不同的地方,那么由微观粒子组成的我们也应该具有这种特性。
但是,为什么人类表现得如此确定?并没有出现量子世界的那种不确定性呢?
物理学家德布罗意提出了“物质波”的概念,认为“万物皆波”,万物都有波动性,只不过宏观世界的物体由于质量和速度都很大,所以波长非常短,很难体现出波动性,也就是不确定性,只会体现出粒子性,也就是确定性。
但是,理论上分析,你确实有一定的几率表现得像微观粒子那样,同时出现在两个不同的地方。比如说此刻的你正坐在沙发上看这篇文章,你也有一定概率同时出现在火星上或其他任何地方,只是这个概率实在太低了,以至于直到宇宙毁灭都可能不会出现!
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