电子双缝干涉实验,为何让科学家感到恐怖?

电子双缝干涉实验,为何让科学家感到恐怖?

人类科学史上,做过很多实验,实验也是推动人类科学不断发展的重要力量。但是有那么一些实验,结果却让科学家们感到很恐怖。

比如说,著名的电子双缝干涉实验。

这个实验是经典物理与量子物理的一场碰撞,碰撞过程产生了“激烈火花”,同时也推动了量子力学的发展。

首先,简单了解一下我们非常熟悉的经典物理学。在三百多年前,牛顿横空出世,提出了统治物理学界几百年的万有引力定律和力学三大定律,奠定了经典物理学的基础。

牛顿的经典物理学描述的是低速世界下的宏观物体运动规律,宇宙万物是确定的,可描述的,具有因果关系。

在这种世界观下,大自然存在着客观的自然规律,我们只需要找到它就可以描述宇宙中的万事万物,这也是所谓的“决定论”:万物是可描述的,有规律可循的。

而我们的日常生活经验也确实告诉了我们这点,与我们的感知非常相符,所以大家都对牛顿的经典物理学深信不疑。

以至于当量子力学横空出世的时候,爱因斯坦薛定谔的物理学界大佬都无法相信量子力学中的诡异现象,更不要说普通人,可见经典物理在人们心目中早已根深蒂固。

下面来具体说一下电子双缝干涉实验为何很恐怖。

长话短说。电子发射枪,带有两条狭缝的挡板,挡板后面是接收屏幕。

在人们的固有概念里,电子是实在的粒子。所以向两条狭缝发射电子时,屏幕上应该呈现两条条纹。

但事实上并非如此,屏幕上呈现的是明暗相间的干涉条纹。这说明电子并不是粒子,也是一种波,具有波的特性。在电子穿过两条狭缝之后,发生了干涉,才产生了干涉条纹。

紧接着科学家一个一个地发射单个电子,但干涉条纹仍旧出现,这就很不可思议了。单个电子怎么可能会出现干涉现象呢?难道电子同时穿过两条狭缝自己与自己发生了干涉?

科学家们很聪明,他们想到了在狭缝旁边安装了探测器,看看电子到底是如何通过两条狭缝的。

这时候让人匪夷所思的事情发生了:当科学家试图观测时,干涉条纹消失不见了,呈现的是两条条纹。而当探测器再次打开时,干涉条纹又出现了!看起来就好像电子知道科学家正在观测一样!

这让科学家百思不得其解!

以波尔为首的哥本哈根学派提出了“互补性原理”,认为不仅仅光子,电子也具有波粒二象性,既是粒子也是波。我们无法确定电子的位置,只能用概率去描述,只能计算出电子在某个位置出现的概率。要想确定电子的概率,只有通过观测。

爱因斯坦和薛定谔等人对于这种“不确定性”诠释无法接受,因为那将意味着世界也是不确定的,不可描述的,这与经典物理中的“决定论”背道而驰。

也因此出现了爱因斯坦与波尔辩论中提出了“上帝不掷骰子”的观点。

爱因斯坦与波尔的争论持续了几十年。目前来看,“不确定性原理”占据了上风,成为主流科学界认可的理论。

不过对量子力学的探索远远没有停止,因为正如物理学家费曼所说:没有人真的懂得量子力学。人们对量子力学的探索之路还很漫长!