双缝干涉实验曾经被物理学家们重复做了成百上千次,这是因为它的实验结果颠覆了人们对这个世界的认知。物理学家们怀疑实验过程出了错,所以一遍又一遍的重复着实验过程。可是,无论怎样检查实验过程,实验结果都一次次地颠覆着人们的认知。所以最后物理学家们不得不接受这个让人难以置信的实验结果。为了理解双缝干涉实验的本质,我们先来看看离子是什么东西。我们假设挡板上有一条狭缝,面对这个挡板,我们发射无数固体小球的话,挡板后面的墙上会出现一条竖线,如果在挡板上再加一条狭缝,变成两条狭缝的话,后面的墙上会出现两条竖线。现在让我们看看使用水波而不是小球的情况。水波通过挡板时将会通过狭缝,以较强的力量撞击到挡板后的墙上,从而在墙上留下一条竖线。这和最初使用固体小球的结果很相似。但是如果我们将挡板上的狭缝变为两条,结果将会稍有不同。
某个水波的前端,如果和另一个波的前端碰到,两个水波将会相互碰撞抵消,这样在后面的墙上将会出现被称为“干涉条纹”的若干个竖条纹。两个波叠加的地方将会出现最明显的条纹,两个波抵消的地方则什么也没有。也就是说,使用固体小球的情况下,会在墙上出现两条竖线,使用水波的情况下会出现干涉条纹。我相信到这里大家应该都能理解。现在我们将上述实验中的小球换成能量离子,看看会出现什么情况?这里我们使用的是能量粒子中的一种光子来做实验。
光子是非常小的光的离子,如果光子朝着一个狭缝发射的话,会和最初使用小球的实验一样,在墙上出现一条竖线,当把挡板上的狭缝变为两条,是我们理所应当的觉得墙上应该会出现两条竖纹,但是和使用水波的实验一样,墙上出现的是干涉条纹,这应该说是一个相当不可思议的现象。物理学家们设想,可能是由于光子和光子之间发生碰撞,所以产生了干涉条纹。于是这样考虑的物理学家们尝试着一个一个的发射光子,但是与预期结果相反的是,墙上还是出现了相同的干涉条纹。这就是一个与物理常识相悖的结果,让物理学家们伤透了脑筋。因为这看起来就像光子在飞行过程中分裂为两个,然后分别通过了两条狭缝,之后相互碰撞而导致的结果。然而这还不是最诡异的,物理学家们为了确定光子到底是从哪个狭缝中通过挡板,在挡板前面安装了一个检测装置后,再次向挡板发射光子,这时最诡异的事情发生了。本来在墙上形成了干涉条纹的光子,现在竟然和最初使用小球的实验一样,在挡板后的墙上出现了两条竖线。挡板前的检测装置表明光子不是同时穿过两个狭缝,而只是穿过了其中一条狭缝。而取掉档板前的检测装置后,后面的墙上竟然又出现了干涉条纹。
这一结果简直让人无法接受,难道是检测装置的存在影响了光子的运动轨迹吗?光子仿佛在此时具有意识,它们好像知道科学家们在观察自己,有检测器时就只穿过一条狭缝,没有检测器时就同时穿过两条狭缝。当你选择观察时,在墙上出现的是两条竖线。当你选择不观察时,墙上出现的是干涉条纹。在这里仿佛是人们的意识决定了实验的结果。一时间,这个实验结果颠覆了物理学家们的世界观。因为物理学家们相信,这个世界的基本规则是物质决定意识,但是这个实验结果就告诉人们意识也可以决定物质。之后针对这个实验结果,很多物理学家提出了各种解释,其中最著名的是年由科学家玻尔和海森堡在哥本哈根提出的“哥本哈根解释”。他们认为量子同时具有粒子和波两个事物的属性,即量子具有波粒二象性。他们认为观察光子检测装置使得光子的波动性消失,只剩下了离子属性,所以一加上检测装置便只会使墙上出现竖条而不是干涉条纹。也就是说,对光子的观测结果施加影响的不是观测者,而是检测装置。然而诡异的事情还没有结束。
年,由于科技的进步,人们做了一个新版本的双缝干涉实验。在新版本的双缝干涉实验中,观测者站在挡板前闭着眼睛,当光子以波的形式通过挡板上的两条狭缝,在撞到挡板后的墙之前,观测者突然睁开了眼睛,这时令人惊异的现象出现了。当观测者睁开眼睛的瞬间,光子从波状态变成了离子态,电子仿佛跨越了时间,追溯到了过去。也就是说,观测者现在的行为竟然影响了光子的历史状态,这明显的违反了因果定律。在我们的宇宙中,最基本的一条法则就是因决定果,可是在这个实验中却出现了果影响因这么一个现象。也就是说,现在的选择影响了已经过去的历史,这个现象已经超出了人类的理解范围。直到现在,关于如何认识量子这个问题,科学界还在一直讨论,相信有一天量子力学这座大厦终究会有完全被建起来的一天,相信到那时会有更多的超出人类理解范围的事物出现。无论我们能不能等到那一天的到来,我都希望人类可以无限接近这个宇宙的终极奥秘。