量子力学最恐怖的实验

如果您对量子力学了解不多，希望这篇文章能将你带上台阶，作者尽可能用简短的语言描述量子力学的相关内容。但是水平有限，不妥之处还请各位指教。

光的双缝干涉实验，很多人在初中时候就接触了，一束光经过两个狭长细小的缝孔时候，不是产生两条光斑，而是产生多条明暗相间的干涉条纹！由于这个著名的实验得出的结果与经典粒子理论结果不同，光的特性也就从粒子性就变成了具有波粒二重性。

双缝产生干涉条纹

光的双缝实验是这样，有没有人想过用电子进行双缝干涉实验呢？答案是有的，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松就突发奇想，用电子进行了双缝干涉实验，并且得到了与杨氏双缝光干涉结果类似的明暗条纹。这下捅了马蜂窝一样，开启了人类对粒子的全新认知的大门，后来被评为历史上最美的物理实验！

电子也会产生干涉，那么一个个电子通过双缝会产生干涉吗？好奇总会让人类走向一个个未知。米兰大学的梅里教授就是这么一个好奇的人，他成功地将电子一个个发射出来，在显示屏上竟也显示出了明暗交替的条纹！太诡异了，电子同时通过两个孔缝，自己干涉自己的？

双棱镜干涉示意图

好奇害死猫，确实是至理名言。电子是从哪个缝通过的，装个监视器不就可以了吗？说干就干，他在双缝干涉实验中双缝板的附近安装了高精度的监视器，这样可以观测电子进入双缝的情形。看起来一切都是那么符合逻辑，没有什么问题，但是这一下可不得了，物理实验史上最“恐怖”现象产生了，量子力学的潘多拉盒子彻底被打开。

双缝实验加载观测器

梅里教授做好一切后，开始发射电子，然后观察电子进入双缝的情形（要说明一下的，其实梅里教授使用的并不是真正的双缝，而是电子双棱镜，真正使用电子双缝的是2012年美国内布拉斯加大学林肯分校物理实验团队做的，条件要求实在太难了）。这时候神奇的事情发生了，双缝后面的投屏上一条条明暗相间的干涉条纹竟然消失了，只剩下两条亮纹！电子罢工不干涉了？梅里教授百思不得其解，还以为实验哪里出现了问题，查找了半天都没找到原因（这里是瞎编的~~~）。最后，他关掉双缝入口的监视器，这时候神奇的事情又发生了，双缝孔后面的投屏一条条明暗相间的干涉条纹又出现了。再打开监视器，干涉条纹又变成了两条亮斑，再关掉监视屏，干涉条纹又出现，反复几次都如此。

电子双缝实验原理图

是不是很诡异，好像这些电子具有灵性一般，你观测它的时候它就不发生变化，而你不观察它的时候，它就悄然出现。这个物理实验被称为历史上十大物理实验之首，不少网友却使用“毛骨悚然”来形容，颠覆了人们几千年来的认知。人们为此议论纷纷，很多人认为这是因为人的意识影响了物质的变化，意识可以决定物质！

薛定谔公式

难道真的是意识可以主导物质？科学的世界当然不相信各种神灵鬼说，而是努力找到诡异事件背后的运行的规律。冷静下来思考，对于这个实验来说，我们多了一个观测仪器，会不会是这个仪器对实验产生了干扰？

很多人以为是在双缝板前面加的是摄像机，其实这个已经有人澄清过，目前并没有一个摄像机可以拍摄到电子这种微观粒子，还展示给人肉眼看的。所以增加这个观察电子进入双缝的仪器，并不是摄像机，而是一种电子探测设备。所以这就有问题了，如果我们要增加任何一种电子探测设备，这种设备从原理上来说都会发出光或者电子等东西，这些东西是否会影响电子的运动特性？

薛定谔的猫：用于证明量子力学的方谬

这个思路是正常的，如果粒子的抗干扰能力极弱，那么我们使用任何一种设备观察粒子的时候，目前这些探测行为都会对电子产生干扰。这些干扰可能会影响到粒子的圆周运动及自转，可能会影响到粒子的能量，从而改变粒子的表现性质。也就是说，电子是具有波动和粒子性的，但探测设备干扰了电子，那么电子或许就只能表现出粒子性。换句话说，粒子在被观测前和后的状态不是一样的，也就是目前热门的量子通信加密的原理。

波的干涉

所谓意识影响物质纯粹是无知和网络谣言，为了蹭流量的。这么说吧，如果我们在双缝前面看个观察孔，肉眼来看粒子，粒子是否还会产生干扰？虽然说我们肉眼无法看到粒子存在，但是确实是存在着观测行为，这种情况下应该是不会干扰粒子的运行，毕竟我们眼睛可不会放电也不会发光。但是如果真的是电子有意识存在的话，这种肉眼观察也会被电子感觉到吧？

不过意识说不定也会发出一种波或者粒子，可以穿透某些防护进入干扰电子。谁在做双缝干涉实验的时候，在旁边站几个人，脑海里面浮现：我在看着你，我要你不能干涉！不知道结果是否会改变？

意念控制

当然，上面是瞎扯，不过确实有一个很重大的问题在这里。一个粒子在不观测它之前，它的状态是确定还是不确定的？爱因斯坦认为是确定的，只是我们无法探测。而波尔认为是不确定的，或者是一种叠加态（两种相反的状态同时存在，如一个粒子在左转，又同时在右转，很难理解吧，宏观上不存在），只有观测它，导致波函数坍缩，才能确定它的状态。波尔和爱因斯坦还为整个问题争吵了一辈子，谁也没说服谁。后来爱因斯坦退了一步，认为处于纠缠状态的两颗粒子即使处于不确定状态，但是其中一个被确定了，它肯定是存在某种通信机制让另一个粒子知道的，但是波尔就是认为没有任何机制，就是自发的知道。

波尔与爱因斯坦之争

如果两颗粒子存在某种通信机制，那么速度就不能超过光速了，所以通过距离和时间测定是个好办法。现在的量子纠缠实验，要声明多远多远的实现的，其中一个原因就是如此。目前我国实现了1000多公里的量子纠缠传输，可惜目前还是未能发现两颗粒子存在通信，倒证明了非定域性。

回到上面电子状态的问题，虽然目前目很多实验都证明粒子在不被观测前就是叠加态的，但是遗憾的是所有的实验或多或少都存在一些漏洞，所以这个争吵一种持续到现在也没有解决。即使是双缝延迟选择实验，还是无法证明粒子到底从选择哪条路线走，归根到底在于，目前没有一种探测设备可以在不影响电子（粒子）的情况下探测到电子（粒子）的行为状态。或许是实验还存在认知以外的因素，也或者粒子就是具有不确定性的。

双缝干涉延迟选择实验

目前量子力学的神奇及争议，预示着还有很多未知的东西超出我们的认识。世界这么大，这么神奇，值得我们每个人去看看，去了解！

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