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十大最诡异的物理实验,为什么有人说电子双缝干涉实验是令人“毛骨悚然”的?

admin admin 发表于2023-12-08 23:09:22 浏览346 评论0

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十大最诡异的物理实验

大千世界,无奇不有。
我们日常生活中感受到的春去秋来、四季交替,万物的繁荣兴衰似乎都在有条不紊的进行,没有一丝混乱。可大自然总会有人类认知以外的事在默默的发生,它们躲过了我们的眼、耳、鼻、等感官的监测。
物理学家们就曾做过很多颠覆我们常识和世界观的实验,比如以下几个:
一、双缝干涉实验
英国物理学家托马斯·杨在1801年的一个实验中首次观察到了光的双缝干涉。
托马斯用一束光穿过两条平行狭缝投射到探测屏上,发现狭缝后的探测屏出现了一系列明暗条纹相间的相互干涉的图案。
不可思议!为什么不是两条缝的总和?
为此,后来有物理学家在狭缝后安装了探测器,想搞明白光子通过的是哪条狭缝。可干涉的图案消失了,出现的是两条狭缝的总和,就只是两条明亮的图案。再把探测器卸下后,干涉条纹又出现了。
这让物理学家深感困惑。
这是神奇单粒子双缝实验。此外还有单粒子双缝干涉实验、双缝量子擦除实验、双缝延迟选择实验等。
二、薛定谔的猫
1935年,奥地利物理学家薛定谔为了说明量子力学的荒谬,他设计了一个思想实验:假设在一个密封的箱子里放一只猫和小量放射性物质。这个物质有50%的概率发生衰变放出毒气杀死猫;当然也有50%的概率物质不会衰变,猫会活着。
在打开箱子前,猫是处于不确定的生死叠加态。当打开箱子的刹那,就会确定了猫的死或活的状态。
薛定谔的猫实验证明了量子力学超出了常识的理解,客观规律不以人意志为转移,猫的死活叠加态违背了逻辑性。
物理学上,颠覆常识和世界观的实验还有很多,比如“奥伯斯佯谬”、“拉普拉斯妖”、“麦克斯韦妖”、“双生子佯谬”

十大恐怖物理定律

十大恐怖物理定律分别为:牛顿第一定律,牛顿第二定律,牛顿第三定律,万有引力定律,热力学第一定律,动量守恒定律,热力学第二定律,热力学第三定律,相对论定律,运动极限定律。这十大物理定律揭示了物理学的真正秘密,打破了以前人们固执的思维。
一、牛顿第一定律:物体之间存在惯性,惯性只由物体的质量决定。
二、牛顿第二定律:合力与物体加速度的关系。当物体质量不变时,合力与加速度成正比。
三、牛顿第三定律:物体之间的力是相互的,别人打自己也会伤到自己。
四、万有引力:在万物之间形成,不仅是行星之间,人与人之间,任何两个有质量的物体之间都会形成引力。
五、热力学第一定律:无论做什么运动,都会遵循能量守恒,能量不会受到任何影响。
六、动量守恒定律:比能量守恒定律更具有普适性。即使失去能量,动量也永远不会失去。
七、热力学第二定律:揭示了宇宙的秘密。科学家认为,一切都在向更混乱的方向运动,一切有序的活动最终都会变成无序的运动。
八、热力学第三定律:引出绝对零度的概念,绝对零度是宇宙中的绝对零点。如果达到绝对零点,宇宙中所有的运动都会停止,甚至分子的不规则运动也会停止。
九、相对论:由著名科学家爱因斯坦提出的。相对论打破了牛顿的绝对时空观,有效地证明了物体的速度和时空的关系。
十、运动极限定律:光子是能量最小的基本单位,光是宇宙中的能量来源。宇宙中光速是恒定的,不会受到其他物质的干扰,会一直保持恒定的速度。

电子双缝实验为什么恐怖 证明世界是虚幻而且由意识控制的

双缝实验作为世界十大经典物理实验之一,却令人产生恐惧,那到底双缝实验为什么恐怖呢?因为这个实验,很有可能否定这个世界,亦或者说,这个世界原本就是一个幻象,而我们自己是否真实存在都不一定,也许你认为不可能,但是这个实验却能够证明这一点。
一、双缝实验的原理 电子双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点,但是路径的程差导致微观物体物理行为的量子态发生相移,产生干涉现象。
二、双缝实验恐怖的原因 双缝实验看起来就像是一个普通的物理实验,但是当你观察这个实验的过程,你就会明白双缝实验为什么恐怖了。电子是以波的形式运动,由于存在干涉,穿过双缝后会出现一道道痕迹,但即使是一个个电子发射,却也同样会发生干涉现象,当科学家想要研究其原因的时候,却发现这种干涉现象又诡异消失了......
单光子双缝干涉实验表明,每次只发射一个光子,发射若干次后,投射面依旧会形成明暗交替的影像,也就是说光子自己与自己产生了干涉,产生了明暗交替的影像。这一事情还没有解决,却发生一件更诡异的事情,当用仪器对双缝进行精确测量,确定光子从哪个缝通过的时候,干涉条纹就消失了。
简单一点说就是,你不去测量,它就会与自身产生干涉,形成明暗交替的光斑,但如果你去测量,它就不会干涉,也不会形成明暗交替的光斑。我们作为观察者,改变了原本要发生的一切。这意味着什么?我们的一个动作,可以决定电子过去的动作,意味着我们没有看电子的时候,它是不存在的东西,当你看它的时候,它就在那里。
科学家将其解释为:因为它居然认为世界是由意识决定的。电子既是一种粒子,也是一种波,具有波粒二象性,在每一个特定的时刻,它只能是其中之一,但这取决于是否有人观察它。没人观察它的时候,它就是波,有人观察它的时候,它就变成了粒子。
用宏观的方式来表述,就是,你明天要去菜市场买菜,你明天去了,那里就是菜市场,你不去,那里就是个洗浴中心。与我们所认为的世界完全不同。你自以为了解身后的世界,但实际上,在一转身的一瞬间,你身后的世界才会变成你看到的世界,但是在你看到它的前一秒,并不是你看到的那样。
电子双缝实验证明了这个世界是虚幻的,所有你看到的一切都不是真实的样子,但却是你生活的样子,世界每一秒都在变化,就在你转身的那一刻,想看你看到怎么样的世界,你就会看到怎么样的世界,因为只是幻象,至于这些幻象究竟是如何存在的,至今还是一个谜,双缝实验的奥秘,也至今无人能懂~~

双缝实验为什么恐怖 量子物理学证明平行宇宙中存在鬼魂

双缝实验原本是作为一种光学实验,说起这个理科生们应该是比较熟知的,相对于学文的朋友来说肯定就是十分陌生了。简单的说,双缝实验是一个测试量子物体像光或电子等等的波动性质与粒子性质的实验。有人说双缝实验十分恐怖,双缝实验为什么恐怖呢?下面一起来看看。
一、什么是双缝实验
所谓的双缝实验,是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。

这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。双缝实验还被列入了世界十大经典物理实验之中,但是有人却认为双缝实验十分的恐怖,双缝实验为什么恐怖呢?
二、双缝实验为什么恐怖
人们认为双缝实验十分恐怖是因为在双缝实验中竟然验证了鬼魂真实存在于平行 宇宙 当中。真是让人十分震惊!以人和鬼为例。简单来说,我们不看鬼,鬼是存在着,当我们一旦进行观看,鬼便会坍缩直至消失。而为什么有时明明看见了一会儿就消失呢?因为你是无意识看到的,而一旦你有了想要观测看清的意识,量子态便会坍缩转而消失。

这也解决了大家的另一个疑问,为什么不能用摄像机或者高速拍照的方式记录下来呢?因为一旦有了这个想法,有想去观测的意识,量子态便会坍缩转而消失,毕竟量子物理学是在和掷骰子。“双缝实验”。假设我们有一杆枪可以不断的发出电子,在开枪者和墙面中间留下一道板子,板上有两条缝隙,通过缝隙,便会在墙面上留下两个干涉条纹。不同的是如果人没有进行观测,那么电子就会从两条缝隙中穿过,可一旦观测,就会看到电子是从其中一条缝隙中穿过,可以简单理解成其中一条缝隙的电子因被观测而坍缩导致看不见,但两种情况都会在墙面上留下两个条纹。这就是双缝实验为什么恐怖的原因了。 上一页 0 /2 下一页

最恐怖的物理实验双缝干涉

你观察一只飞行中的蚊子时,尽管它不停的飞来飞去,让你眼花缭乱,但实际上它在每一个时间点里只会出现在一个位置,这就是粒子性。波动性的现象也简单,你往平静的水平扔一颗小石头,当它落入水中的时候所产生的涟漪就是波动性。而当你连扔两个小石头的时候,当它们产生的波纹互相接近时,就会产生波的干涉现象。在我们的常识中,我们观测到的现象,要么表现出粒子性,要么表现出波动性。而在微观世界里,我们的常识就不是那么好用了。因为那些微小的粒子,它们具有“波粒二象性”,简单的讲,就是它们的行动方式既可以是波动性质,也可以是粒子性质。“双缝干涉实验”就是为了演示微观粒子的波粒二象性而做的实验。其具体方式为:连续发射单个的电子穿过有着两条缝隙的障碍物,最后这些电子会落在用于观测的屏幕上,以便于观察,在重复了很多次的这个过程之后,其实验结果如下图所示。我们可以看出,这个实验结果显示出了干涉现象,也就是说电子在运动过程中表现出了波的性质,它能够以波的形式同时穿过两条缝隙,并且“与自己产生干涉现象”。看到这里,你肯定会认为这并没什么“恐怖”的,别急,我们接着讲。虽然我们无法直接看见电子,但是可以通过感应装置来观察它。为了搞明白电子在这个过程中的运动轨迹,研究人员在两个缝隙上都安装了能够观察电子的感应装置。这样我们就可以知道,电子到底是通过了哪一个缝隙。然后诡异的事情就发生了,当研究人员安装了感应装置之后,再次进行双缝实验时,他们惊奇的发现,电子的干涉条纹消失了,不管发射了多少个电子,它们都只表现出粒子性。而当研究人员移除了感应装置,电子的干涉条纹马上就又出现了!这个实验的结果让科学家非常困惑,为了保证电子的运行轨迹不被干扰,研究人员使用了摄像机来对电子进行观测,但其结果还是和以前一模一样。“好吧,既然这样,那么我在确定你通过了缝隙之后,再来拍摄你总可以了吧?”研究人员这样想到,于是就有了“延迟双缝干涉实验”。其过程是这样的,当研究人员通过高科技手段确定电子处于“已经穿过了缝隙,但是还没落在挡板上”的时候,马上用摄像机来观测电子。然而令研究人员目瞪口呆的是,这个实验的结果依然和之前的实验结果相同!研究人员并不甘心,他们又做了更高级的“量子擦除试验”,这次他们的实验对象是光子。这个实验利用了光子的偏振性以及量子纠缠原理,他们在两个缝隙上安装了不同的介质。当光子通过某个缝隙的时候,由于介质的存在,它的偏振性就会发生改变。如果这个光子是与另一个光子处于量子纠缠态的话,那么另一个光子的状态也会发生相应的改变。简单的讲,有一对处于量子纠缠态光子A和B,一个研究人员将光子B用来实验,另一个研究人员却“偷偷的”通过光子A来观测光子B的状态。由于量子纠缠的超距作用,研究人员就可以神不知、鬼不觉的观测用于实验的光子。看到在这里,我们不得不佩服相关研究人员的脑洞,居然能想出这样的方法。然而事实上,这个实验的结果仍然和以前的相同:当有观测者的时候,根本就不会出现干涉条纹,而没有观测者的时候,干涉条纹又诡异的出现!关于“双缝干涉实验”还有很多的升级版,这里就不一一描述,但是这些实验的结果都是一样,即微观粒子就像是一个个有思想的、无所不知的精灵。当没有观测者的时候,它们是一个个波函数,而当它们知道有人在观测它的时候,它们马上就只表现出粒子性,从不例外!“双缝实验”的结果,使人们或多或少的对这个世界的真实性产生了怀疑,如果我们没有观测的时候,那些除了我们自己可以观测到的人和事以外,其他的很多人和事会不会都是以“波函数”形式存在?当我们观测到某个人的时候,这个人就变得真实了,他的过去、现在也就被确定了?而当我们不再观测这个人,那么他是不是又回到了“波函数”的形式呢?这种问题想多了,人会变成“神经病”的,也许这就是“双缝实验”的恐怖之处吧!

十大最怪异科学实验是?

我有十大的,有五个是看天下里面的,
10.电车难题(The Trolley Problem)
“电车难题”是伦理学领域最为知名的思想实验之一,其内容大致是:一个疯子把五个无辜的人绑在电车轨道上。一辆失控的电车朝他们驶来,并且片刻后就要碾压到他们。幸运的是,你可以拉一个拉杆,让电车开到另一条轨道上。但是还有一个问题,那个疯子在那另一条轨道上也绑了一个人。考虑以上状况,你应该拉拉杆吗?
解读:
电车难题在哈佛公开课中被引用到,它最早是由哲学家Philippa Foot提出的,用来批判伦理哲学中的主要理论,特别是功利主义。功利主义提出的观点是,大部分道德决策都是根据“为最多的人提供最大的利益”的原则做出的。从一个功利主义者的观点来看,明显的选择应该是拉拉杆,拯救五个人只杀死一个人。但是功利主义的批判者认为,一旦拉了拉杆,你就成为一个不道德行为的同谋——你要为另一条轨道上单独的一个人的死负部分责任。然而,其他人认为,你身处这种状况下就要求你要有所作为,你的不作为将会是同等的不道德。总之,不存在完全的道德行为,这就是重点所在。许多哲学家都用电车难题作为例子来表示现实生活中的状况经常强迫一个人违背他自己的道德准则,并且还存在着没有完全道德做法的情况。
9.空地上的奶牛(The Cow in the field)
认知论领域的一个最重要的思想实验就是“空地上的奶牛”。它描述的是,一个农民担心自己的获奖的奶牛走丢了。这时送奶工到了农场,他告诉农民不要担心,因为他看到那头奶牛在附件的一块空地上。虽然农民很相信送奶工,但他还是亲自看了看,他看到了熟悉的黑白相间的形状并感到很满意。过了一会,送奶工到那块空地上再次确认。那头奶牛确实在那,但它躲在树林里,而且空地上还有一大张黑白相间的纸缠在树上,很明显,农民把这张纸错当成自己的奶牛了。问题是出现了,虽然奶牛一直都在空地上,但农民说自己知道奶牛在空地上时是否正确?
解读:
空地上的奶牛最初是被 Edmund Gettier用来批判主流上作为知识的定义的JTB(justified true belief)理论,即当人们相信一件事时,它就成为了知识;这件事在事实上是真的,并且人们有可以验证的理由相信它。在这个实验中,农民相信奶牛在空地上,且被送奶工的证词和他自己对于空地上的黑白相间物的观察所证实。而且经过送奶工后来的证实,这件事也是真实的。尽管如此,农民并没有真正的知道奶牛在那儿,因为他认为奶牛在那儿的推导是建立在错误的前提上的。Gettier利用这个实验和其他一些例子,解释了将知识定义为JTB的理论需要修正。
8.定时炸弹(The Ticking Time Bomb)
如果你关注近几年的政治时事,或者看过动作电影,那么你对于“定时炸弹”思想实验肯定很熟悉。它要求你想象一个炸弹或其他大规模杀伤性武器藏在你的城市中,并且爆炸的倒计时马上就到零了。在羁押中有一个知情者,他知道炸弹的埋藏点。你是否会使用酷刑来获取情报?
解读:
与电车难题类似,定时炸弹情景也是强迫一个人从两个不道德行径中选择的伦理问题。它一般被用作对那些说在任何情况下都不能使用酷刑的反驳。它也被用作在极端形势下法律——就像美国的严禁虐囚的法律——可以被放在第二位的例子。归功于像《24小时》的电视节目和各种政治辩论,定时炸弹情景已成为最常引用的思想实验之一。今年早些时候,一份英国报纸提出了更为极端的看法。这份报纸提议说,如果那个恐怖分子对酷刑毫无反应,那么当局者是否愿意拷打他的妻子儿女来获取情报。
7.爱因斯坦的光线(Einstein’s Light Beam)
爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。在他的自传中,爱因斯坦回忆道他当时幻想在宇宙中追寻一道光线。他推理说,如果他能够以光速在光线旁边运动,那么他应该能够看到光线成为“在空间上不断振荡但停滞不前的电磁场”。对于爱因斯坦,这个思想实验证明了对于这个虚拟的观察者,所有的物理定律应该和一个相对于地球静止的观察者观察到的一样。
解读:
事实上,没人确切知道这意味着什么。科学家一直都在争论一个如此简单的思想实验是如此帮助爱因斯坦完成到狭义相对论这如此巨大的飞跃的。在当时,这个实验中的想法与现在已被抛弃的“以太”理论相违背。但他经过了好多年才证明了自己是正确的。
6.特修斯之船(The Ship of Theseus)
最为古老的思想实验之一。最早出自普鲁塔克的记载。它描述的是一艘可以在海上航行几百年的船,归功于不间断的维修和替换部件。只要一块木板腐烂了,它就会被替换掉,以此类推,直到所有的功能部件都不是最开始的那些了。问题是,最终产生的这艘船是否还是原来的那艘特修斯之船,还是一艘完全不同的船?如果不是原来的船,那么在什么时候它不再是原来的船了?哲学家Thomas Hobbes后来对此进来了延伸,如果用特修斯之船上取下来的老部件来重新建造一艘新的船,那么两艘船中哪艘才是真正的特修斯之船?
解读:
对于哲学家,特修斯之船被用来研究身份的本质。特别是讨论一个物体是否仅仅等于其组成部件之和。一个更现代的例子就是一个不断发展的乐队,直到某一阶段乐队成员中没有任何一个原始成员。这个问题可以应用于各个领域。对于企业,在不断并购和更换东家后仍然保持原来的名字。对于人体,人体不间断的进行着新陈代谢和自我修复。这个实验的核心思想在于强迫人们去反思身份仅仅局限在实际物体和现象中这一常识。
5.伽利略的重力实验(Galileo’s Gravity Experiment)
为了反驳亚里士多德的自由落体速度取决于物体的质量的理论,伽利略构造了一个简单的思想实验。根据亚里士多德的说法,如果一个轻的物体和一个重的物体绑在一起然后从塔上丢下来,那么重的物体下落的速度快,两个物体之间的绳子会被拉直。这时轻的物体对重物会产生一个阻力,使得下落速度变慢。但是,从另一方面来看,两个物体绑在一起以后的质量应该比任意一个单独的物体都大,那么整个系统下落的速度应该最快。这个矛盾证明了亚里士多德的理论是错误的。
解读:
这个思想实验帮助证明了一个很重要的理论:无论物体的质量,不考虑阻力的情况下,所有物体自由落体的速率都是一样的。
4.猴子和打字机(Monkeys and Typewriters)
另一个在流行文化中占了很大分量的思想实验是“无限猴子定理”,也叫做“猴子和打字机”实验。定理的内容是,如果无数多的猴子在无数多的打字机上随机打字,并持续无限久的时间,那么在某个时候,它们必然会打出莎士比亚的全部著作。猴子和打字机的设想在20世纪初被法国数学家Emile Borel推广,但其基本思想(无数多的人员和无数多的时间能产生任何/所有东西)可以追溯至亚里士多德。
解读:
简单来说,“猴子和打字机”定理是用来描述无限的本质的最好方法之一。人的大脑很难想象无限的空间和无限的时间,无限猴子定理可以帮助理解这些概念可以达到的宽度。猴子能碰巧写出《哈姆雷特》这看上去似乎是违反直觉,但实际上在数学上是可以证明的。这个定理本身在现实生活中是不可能重现的,但这并没有阻止某些人的尝试:2003年,一家英国动物园的科学家们“试验”了无限猴子定理,他们把一台电脑和一个键盘放进灵长类园区。可惜的是,猴子们并没有打出什么十四行诗。根据研究者,它们只打出了5页几乎完全是字母“s”的纸。
3.中文房间(The Chinese Room)
“中文房间”最早由美国哲学家John Searle于20世纪80年代初提出。这个实验要求你想象一位只说英语的人身处一个房间之中,这间房间除了门上有一个小窗口以外,全部都是封闭的。他随身带着一本写有中文翻译程序的书。房间里还有足够的稿纸、铅笔和橱柜。写着中文的纸片通过小窗口被送入房间中。根据Searle的理论,房间中的人可以使用他的书来翻译这些文字并用中文回复。虽然他完全不会中文,Searle认为通过这个过程,房间里的人可以让任何房间外的人以为他会说流利的中文。
Searle 创造了“中文房间”思想实验来反驳电脑和其他人工智能能够真正思考的观点。房间里的人不会说中文;他不能够用中文思考。但因为他拥有某些特定的工具,他甚至可以让以中文为母语的人以为他能流利的说中文。根据Searle,电脑就是这样工作的。它们无法真正的理解接收到的信息,但它们可以运行一个程序,处理信息,然后给出一个智能的印象。
2.薛定锷的猫(Schrodinger’s Cat)
薛定锷的猫最早由物理学家薛定锷提出,是量子力学领域中的一个悖论。其内容是:一只猫、一些放射性元素和一瓶毒气一起被封闭在一个盒子里一个小时。在一个小时内,放射性元素衰变的几率为50%。如果衰变,那么一个连接在盖革计数器上的锤子就会被触发,并打碎瓶子,释放毒气,杀死猫。因为这件事会否发生的概率相等,薛定锷认为在盒子被打开前,盒子中的猫被认为是既死又活的。
解读:
简而言之,这个实验的核心思想是因为事件发生时不存在观察者,盒子里的猫同时存在在其所有可能的状态中(既死又活)。薛定锷最早提出这个实验是在回复一篇讨论量子态叠加的文章时。薛定锷的猫同时也说明了量子力学的理论是多么令人无法理解。这个思想实验因其复杂性而臭名昭著,同时也启发了各种各样的解释。其中最奇异的就属 “多重世界”假说,这个假说表示有一只死猫和一只活猫,两只猫存在在不同的宇宙之中,并且永远不会有交集。
1.缸中的大脑(Brain in a Vat)
没有比所谓的“缸中的大脑”假说更有影响力的思想实验了。这个思想实验涵盖了从认知学到哲学到流行文化等各个领域。这个实验的内容是:想象有一个疯狂科学家把你的大脑从你的体内取出,放在某种生命维持液体中。大脑上插着电极,电极连到一台能产生图像和感官信号的电脑上。因为你获取的所有关于这个世界的信息都是通过你的大脑来处理的,这台电脑就有能力模拟你的日常体验。如果这确实可能的话,你要如何来证明你周围的世界是真实的,而不是由一台电脑产生的某种模拟环境?
解读:
如果你觉得这听起来很像《黑客帝国》,那么你说对了。这部电影以及其他一些科幻作品,都是在这个思想实验的影响下创作出来的。这个实验的核心思想是让人们质疑自身经历的本质,并思考作为一个人的真正意义是什么。这个实验的最初原型可以一直追溯至笛卡尔。在他的《Meditations on the First Philosophy》一书中,笛卡尔提出了能否证明他所有的感官体验都是他自己的,而不是由某个“邪恶的魔鬼”产生的这样的疑问。笛卡尔用他的经典名言 “我思故我在”来回答这个问题。不幸的是,“缸中的大脑”实验更为复杂,因为连接着电极的大脑仍然可以思考。这个实验被广泛的讨论着,有许多对于此实验前提的反驳,但仍没有人能有力的回应其核心问题:你究竟如何才能知道什么是真实?

比双缝实验更恐怖,贝尔不等式检测,判断世界是否真实存在

人类是地球上最有智慧的生命,人类的诞生给地球增添了很多色彩,人类出现以后,不断地发展自己的 科技 ,现在人类已经能够走出地球 探索 宇宙,这说明人类 科技 发展的速度还是非常快的,在人类 探索 世界的道路上,出现过很多伟大的科学家,比如说牛顿、伽利略、爱因斯坦、薛定谔等等,这些人为人类 科技 的发展做出了巨大的贡献,到现在为止,人类还在不停的 探索 世界,这个世界存在太多我们无法解释的现象,就算到现在,有很多实验都让科学家感到不可思议,比如说双缝实验。

可能很多人都听说过双缝实验,这个实验被科学家称为是最诡异的实验,通过这个实验我们能够知道,单个电子在穿过双缝的时候表现的非常异常,当存在观测者的时候,单个电子会以粒子的形式随机的穿过其中一条缝隙,但是如果没有观测者,那么单个电子会以波的形式同时穿过两条缝隙,也就是说,观测者可以改变事物的结果,这就类似薛定谔的猫,如果将一只猫放在一个密闭的箱子中,然后将箱子内部慢慢放入毒气,过一段时间后,我们来判断猫是否还活着,如果我们打开箱子直接观测,那么我们就能够确定猫是否活着,而这个时候结果就只有一个。

但是如果我们不去打开箱子,那么猫的结果就有两种可能,一种是活着,另一种是死亡,也就是说,猫最终的结果其实和观测者有关系,双缝实验也是这个道理,科学家们为了研究双缝实验,曾经尝试了很多次,但是最终的答案都是一样的,这个实验让很多科学家怀疑世界的真实性,有一些科学家猜想,我们看到的世界可能并不是真的,而是高级文明设计出来的,虽然说这个说法现在还没有任何证据,但也不是没有这个可能。目前科学家也无法解释双缝实验为什么会出现这样的结果。

除了双缝实验之外,还有很多实验让科学家感到意外,比如说贝尔不等式判定,贝尔不等式是由著名物理学家玻尔提出的,他主要是为了解释量子纠缠现象,所谓量子纠缠指的就是两个相互影响的粒子,不管将它们分离多远,只要影响其中一个粒子,那么另一个粒子也会受到影响,对于这个现象,爱因斯坦认为两个纠缠的量子之间一定存在某种联系,目前这个结论还没有被科学家探测到,所以爱因斯坦把它称为是隐变量,但是玻尔认为这个隐变量是不存在的,他认为两个纠缠的粒子之间没有任何关系。

当时很多人都认为玻尔的说法不对,因为如果玻尔的说法成立,那么就意味着这个世界上真的存在感应。但是贝尔不等式的出现,让很多科学家都感到意外,贝尔不等式可以简单理解为,如果将一个母粒子分开A和B,那么我们来考虑两者之间自转的方向,由于我们生活的空间是三维空间,所以只能够选择三个坐标(xyz),由于每一个方向上的自转只有+和-两种情况,所以根据归一性原则,我们能够得出:N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8=1,后来玻尔经过多次计算最终得出了贝尔不等式。

贝尔不等式的出现证明了爱因斯坦错了,在贝尔不等式中,存在三个概率值,这三个概率值分别是Pxz、Pzy、Pxy,|Pxz-Pzy|表示求两个概率的差值的绝对值,绝对值其实就是把负的变成正的,正的依然保持正的,这样才能够保证最终的结果是正的。而这个不等式的含义很简单,就是两个概率差值中的绝对值必须小于或者等于1+第三个概率值。贝尔不等式能够作为人类区分宏观世界和微观世界的一种方式,可以说它给了两个世界一个清晰的定义,虽然到现在科学家们也在研究贝尔不等式到底是不是对的。

但是从目前的科学来看,这个公式是没有问题的,利用这个公式,科学家们证明量子纠缠确实存在,为了证明量子纠缠,科学家们也做了很多实验,曾经美国的科学家将两个配对好的粒子分别放在相距100多公里外的地方,然后将一个配对好的光子放在其中一个粒子上,科学家惊讶的发现,在100多公里外的另一个粒子上,也出现了一模一样的光子,这说明两个相互纠缠的粒子真的可以相互影响。如果说我们把其中一个粒子放在宇宙的最南边,另一个粒子放在宇宙的最北边,那么只要我们影响其中一个粒子,那么另一个粒子也会受到影响,不管它们之间的距离有多远。

这就类似心灵感应,而且这个影响的速度是瞬间完成的,这个速度已经超越了光速,不过量子纠缠为什么会出现这种现象,目前科学家也在积极的研究当中,如果人类能够将量子纠缠运用到生活中,那么人类的 科技 一定能够得到大幅度的提升,比如说我们可以利用它来观测黑洞内部的情况,现在我们都知道黑洞是宇宙中引力最强的天体,它能够吞噬任何物质,只要进入黑洞的视界范围,物质就会被黑洞吞噬,连光都没有办法逃离黑洞的引力,所以到现在为止,我们也不知道黑洞内部是什么样子的。

如果我们能够利用量子纠缠技术,将其中一个粒子放在黑洞里面,另一个粒子放在地球上,我们可以通过观测地球上的粒子,来了解黑洞内部的情况,虽然这个想法很不错,但是想要实现这个技术非常困难,所以人类还需要继续努力才行,虽然贝尔不等式证明了量子纠缠确实存在,但是贝尔不等式同样也导致了另一个假说的诞生,那就是超决定论,根据这个假说,我们可以认为,这个世界上,所有的东西都是提前安排好的,如果世界真的是这样的,那么所谓的上帝可能真的存在,不过这些理论对于一般人来说都太深奥了,宇宙到底是如何存在的?目前科学家也在积极地寻找答案,未来随着人类 科技 的发展,说不定我们能够找到真相,对此,大家有什么看法呢?

【物理结论】世界7个著名科学悖论的最终解答来了!

爱因斯坦的光线

引用:

爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。在他的自传中,爱因斯坦回忆道他当时幻想在宇宙中追寻一道光线。

他推理说,如果他能够以光速在光线旁边运动,那么他应该能够看到光线成为“在空间上不断振荡但停滞不前的电磁场”。

对于爱因斯坦,这个思想实验证明了对于这个虚拟的观察者,所有的物理定律应该和一个相对于地球静止的观察者观察到的一样。

解读:

事实上,没人确切知道这意味着什么。科学家一直都在争论一个如此简单的思想实验是如此帮助爱因斯坦完成到狭义相对论这如此巨大的飞跃的。

Das曰:

爱因斯坦的梦想具有象征性的意义。他不可能以光速去旅行,因为那需要无穷大的能量——宇宙中根本没有这么多的能量。(奇趣君注:按照运动质量和静止质量的关系方程式,当速度等于光速时,运动质量接近无穷大)

假如爱因斯坦以光速旅行,他会看到什么呢?

他什么都看不见。因为这时候根本就没有时间——时间不再流动。

他的手表、电子钟、机械中一起停止运转,不是因为出了故障,而是时间在这里静止了。

爱因斯坦的一根头发变得比泰山重得多,我怀疑他的体力能否承受任何一根头发。

不过也不用过于担心,一根头发想压死爱因斯坦也做不到——压死他需要时间,但是这里没有时间。

我们站在地球上看着爱因斯坦以光速旅行一年,但是爱因斯坦却没有经历这一年,开始和结束都在同一时刻,这中间时间丝毫没有流动,丝毫没有变化;这中间没有发生任何事,没有任何运动和变化,他当然也不曾在这期间“看见”任何东西。

特修斯之船

引用:

最为古老的思想实验之一。最早出自普鲁塔克的记载。它描述的是:

一艘可以在海上航行几百年的船,归功于不间断的维修和替换部件。只要一块木板腐烂了,它就会被替换掉,以此类推,直到所有的功能部件都不是最开始的那些了。

问题是,最终产生的这艘船是否还是原来的那艘特修斯之船,还是一艘完全不同的船?如果不是原来的船,那么在什么时候它不再是原来的船了?

哲学家Thomas Hobbes后来对此进来了延伸,如果用特修斯之船上取下来的老部件来重新建造一艘新的船,那么两艘船中哪艘才是真正的特修斯之船?

解读:

对于哲学家,特修斯之船被用来研究身份的本质。特别是讨论一个物体是否仅仅等于其组成部件之和。

一个更现代的例子就是一个不断发展的乐队,直到某一阶段乐队成员中没有任何一个原始成员。

这个问题可以应用于各个领域。对于企业,在不断并购和更换东家后仍然保持原来的名字。对于人体,人体不间断的进行着新陈代谢和自我修复。

这个实验的核心思想在于强迫人们去反思身份仅仅局限在实际物体和现象中这一常识。

引用完毕。

Das曰:

现在要探讨“同一性”问题。

量子力学里头有一个“全同原理”,说的是同类的粒子之间本质上是不可区分的。两个氢原子之间没有性质的区别。你用这个氢原子代替水分子中的那个氢原子,这个水分子的性质没有任何改变。

那么,问题就来了:

我们的身体都是由基本粒子构成的,而且从我们诞生那一天起,一刻不停地进行着新陈代谢,新陈代谢的速度远比我们一般人想象的快的多。

科学家用“示踪元素”参与新陈代谢的实验证明,新陈代谢速度比科学家以前想象的速度也要快的多。

今天组成你身体的元素,与昨天有很大不同,与几年以前几乎完全不同。

但是我们仍然认为你还是你,现在的你和几年前的你是同一个人,这是为什么呢?

因为“全同原理”存在,组成你的身体的元素虽然被替换了一遍,但是同类粒子之间是完全一样的,没有性质的区别。用这个氢原子代替你身体里的那个氢原子,你身体的性质不发生任何改变。

当然,现在你比几年前长大了一些或者变老了一些,这是由于你身体的结构发生了一点细微的变化——组成你身体的元素之间的相互关系发生了一点改变,而不是由于替换了元素的关系。

我们认定同一性——认定一个事物是它本身的依据不是组成这一事物的元素,而是这一事物的内部结构——元素之间的关系,以及这一事物的时空连续性。

仅仅结构相同,并不表明他们就是同一事物,还必须同时具备时空连续性才行。

我们可以按照一张图纸建造两座大楼,我们假设建筑工人都是绝顶高手,两个大楼的任何一个分子、原子都完全一样,这两座大楼具有一模一样的结构,但他们显然是两个事物。

两座大楼同时处于空间的不同位置,它们当然不可能是一个东西。我从来没有见过你的身体同时在两个地方,即使几十年来我一刻不停地盯着你看,也是如此。

如果我在两个地方见过你——一次在家里、一次在学校,那肯定不是同时,一定是不同的时间。而且我可以肯定:你一定有一个从家里到学校的连续的运动过程,虽然你在不同的时间,可以在不同的地方,但是任何一个特定的时刻,你肯定在一个唯一的地方。

同样道理,仅仅具有时空连续性,结构完全不同也不成:

我们把一辆汽车砸碎了炼成铁块,用这铁块制成一座金属雕像,虽然它具有时空的连续性,但是它的结构彻底改变了,我们不能说雕像就是原来的汽车。它们不具有同一性。

好了,现在我没有足够的知识了,我们再回过头来看看“特修斯之船”

特修斯之船不断更换部件,最后所有的部件都换了一遍。

在整个过程中,它显然具有时空连续性,就好像你的身体不断进行新陈代谢,但丝毫不影响其时空连续性;更换的船板和以前的船板有点区别,但差别不大,功能完全一样,和整个船的复杂性比起来,这点差别可以忽略不计,整个船的结构基本没有改变,即使有一些改变,也像你比几年前变老了一点一样,这点差别完全不影响同一性。

因此特修斯之船还是特修斯之船,你就是把船板更换一千遍,它还是它自己——这根本不影响同一性。

你用换下来的船板和部件再组装一艘船,结构一样不一样我不管,它和特修斯之船没有时空连续,因而那是另外一艘船。你叫它什么都行,它不是特修斯之船。

伽利略的重力实验

引用:

为了反驳亚里士多德的自由落体速度取决于物体的质量的理论,伽利略构造了一个简单的思想实验。

根据亚里士多德的说法,如果一个轻的物体和一个重的物体绑在一起然后从塔上丢下来,那么重的物体下落的速度快,两个物体之间的绳子会被拉直。这时轻的物体对重物会产生一个阻力,使得下落速度变慢。

但是,从另一方面来看,两个物体绑在一起以后的质量应该比任意一个单独的物体都大,那么整个系统下落的速度应该最快。

这个矛盾证明了亚里士多德的理论是错误的。

解读:

这个思想实验帮助证明了一个很重要的理论:无论物体的质量,不考虑阻力的情况下,所有物体自由落体的速率都是一样的。

引用完毕。

das曰:

人类历史上最成功的一个思想实验,一根手指头都不用动一动,就击败了亚里士多德。

亚里士多德错了。

伽利略无愧为近代科学之父。

猴子和打字机

引用:

另一个在流行文化中占了很大分量的思想实验是“无限猴子定理”,也叫做“猴子和打字机”实验。

定理的内容是,如果无数多的猴子在无数多的打字机上随机的打字,并持续无限久的时间,那么在某个时候,它们必然会打出莎士比亚的全部著作。

猴子和打字机的设想在20世纪初被法国数学家Emile Borel推广,但其基本思想——无数多的人员和无数多的时间能产生任何/所有东西——可以追溯至亚里士多德。

解读:

简单来说,“猴子和打字机”定理是用来描述无限的本质的最好方法之一。

人的大脑很难想象无限的空间和无限的时间,无限猴子定理可以帮助理解这些概念可以达到的宽度。

猴子能碰巧写出《哈姆雷特》这看上去似乎是违反直觉,但实际上在数学上是可以证明的。

这个定理本身在现实生活中是不可能重现的,但这并没有阻止某些人的尝试:

2003年,一家英国动物园的科学家们“试验”了无限猴子定理,他们把一台电脑和一个键盘放进灵长类园区。

可惜的是,猴子们并没有打出什么十四行诗。根据研究者,它们只打出了5页几乎完全是字母“s”的纸。

引用完毕。

Das曰:

二十年前第一次看到这个思想试验,是在一个日本人写的小册子里。名字忘了,是《五角丛书》中的一本。十年前翻箱倒柜找这本小册子,未果。

谁如果保存着二十年前那本五角丛书的话,不妨转让给das,你五毛钱买的,我出一枚袁大头,或者一个紫砂壶也行。

不需要无限多个猴子,不需要无限长的时间,房间里放一台打字机,然后关一只猴子进去,猴子碰巧也会跳到打字机上,碰巧也会打出几个字母,有人计算过,假以2000亿年,从概率上讲,猴子会打出一首莎士比亚的十四行诗。

这道理很简单:猴子随意踩踏打字机,总会打出一些字母,这些字母随意组合,只要字母足够多,总会有一些单词,只要单词足够多,总会有一些句子,只要句子足够多,总会有一些有意义的句子,有意义的句子足够多,总会有一首诗,诗足够多,总会有一首十四行诗,十四行诗足够多,总会有一首和莎士比亚的作品一摸一样。

这道理简单明了,就是一些概率和排列组合的简单计算。

但是我有一点想不通,猴子比大自然聪明多了,人体比十四行诗复杂多了,猴子胡蒙瞎碰,打一首十四行诗都要2000亿年,大自然胡蒙瞎碰,打造个人体却只用了50亿年。究竟是我疯了,还是达尔文疯了?现在还不清楚,反正两个人总有一个疯了。

中文房间

引用:

“中文房间”最早由美国哲学家John Searle于20世纪80年代初提出。

这个实验要求你想象一位只说英语的人身处一个房间之中,这间房间除了门上有一个小窗口以外,全部都是封闭的。

他随身带着一本写有中文翻译程序的书。房间里还有足够的稿纸、铅笔和橱柜。写着中文的纸片通过小窗口被送入房间中。

根据Searle,房间中的人可以使用他的书来翻译这些文字并用中文回复。

虽然他完全不会中文,Searle认为通过这个过程,房间里的人可以让任何房间外的人以为他会说流利的中文。




解读:

Searle创造了“中文房间”思想实验来反驳电脑和其他人工智能能够真正思考的观点。

房间里的人不会说中文;他不能够用中文思考。但因为他拥有某些特定的工具,他甚至可以让以中文为母语的人以为他能流利的说中文。

根据Searle,电脑就是这样工作的。它们无法真正的理解接收到的信息,但它们可以运行一个程序,处理信息,然后给出一个智能的印象。

引用完毕。

“中文房间”问题足够著名,这是塞尔为了反击图灵设计的一个思想实验。

机器可以有思想吗?这是一个老的不能再老的问题。

图灵问:“有思想”是什么意思?我说它有思想,你不承认怎么办?我们怎么判断一台机器是不是有思想?

于是图灵设计了一个“图灵测试”,图灵认为这是一个可操作的标准——如果机器通过了这个测试,我们就应当承认它有思想。

图灵测试是这样的:把一个等待测试的计算机和一个思维正常的人分别关在两间屋子里,然后让你提问题,你通过提问,通过分析机器和人对你的问题的回答来想办法区分哪一个是机器,哪一个是人。如果你无法区分,那么,这台机器就通过了测试,就证明这台机器和人一样具有思维,有思想——这是一台会思考的机器。

塞尔用中文房间这个思想试验反击图灵——事实上这确实彻底击溃了图灵。

中文房间应当这样说才是正确的:一个不懂中文的人(西方人认为中文就像天书一样难以理解,如果他认为你的话难以理解,就会说:你说的简直就是中文!)被关在一间封闭的屋子里,屋里有一个完整的中文对照表——任何一个中文句子都对应一个其他的句子,事实上对应的那个句子是前一个句子的答案。

你可以用中文向这个人提问,问题写在一张纸条上传给这个人,这个人只要查找对照表,找到对应的中文句子传出来就行了。

那么,这个完全不懂中文的人,确实像一个精通中文的一样回答一切中文问题,但是他丝毫不“知道”任何一句话的意思。

在此基础上,有人提出了更强烈的反击:把爱因斯坦对任何一个问题的回答汇编成一本书,那么你拿任何一个问题去问爱因斯坦,与翻着本书会得到同样的答案,现在我们能说这本书像爱因斯坦一样会思考吗?

所以转了一大圈,我们还是要回过头来重新审视前面说过的第二个悖论——空地上的奶牛,要重新审视柏拉图的JTB:什么是“知道”?“知道”是什么意思?

就像欧几里得几何学中最基本的公理是不能证明的,最基本的概念也是不能定义的。

你定义一个概念必须使用其他概念,如果你的定义是合理的、适当的,而不是胡扯蛋,那就要求你使用的概念比被定义的概念更基本。

“知道”这样的概念就像“时间”,你不问我,我仿佛完全明白这是什么意思,你要求给出一个定义,世界上却没有人做得到。

按照郭伦凯郭尔的观点:对于那些最近本的概念,你不能定义,但是你可以举例说明。

我们刚刚诞生的时候脑袋里没有任何概念,也就不能定义任何东西,但是我们仍然能够形成概念,靠的就是具体的事例。

定义能够很好地形成概念,举例也行——这是没有办法的办法。

有人认为我只要看见一件东西我就会知道,那么你要面临以下的困难:

镜子里反映了一只手机的影像,但是镜子并不知道那里有一只手机。

手机的影像反映到我的眼睛了——这与反映到镜子里没有任何区别——然后变成电信号通过神经传导到大脑里,这时候我就知道了这里有一只手机。

问题是:手机的影像反映到摄像机里,然后变成电信号传导到电视机里,电视机为什么不知道那里有一只手机?

下面的问题更尖锐:

假如我像流行小说中说的一样穿越时空跑到秦朝,我拿着手机给秦始皇看:“大王,你看这是什么?”秦始皇会怎么回答?

“我不知道。”

秦始皇明明亲眼看见了手机,他为什么“不知道”呢?

Das曰:

除非你脑袋里头首先有必要的相关知识、概念,并且能够使用这些知识、概念对感觉到的事实、现象、真理进行分类整理、分析判断,得出相应的结论,否则你不可能“知道”任何东西。

显然这是康德的观点,但是这不是康德发明的。柏拉图就是这样说的,不可思议的是这观点竟然得到他的徒弟亚里士多德的赞同——这是很不寻常的事。

亚里士多德整天扯着喉咙高喊:“我爱我师,但我更爱真理。”

只要是柏拉图说的,亚里士多德总要踩上几脚。亚里士多德不可能轻易同意柏拉图的观点,如果他同意了,那肯定是不得不接受。

亚里士多德何许人也?当然,我不反对你挑战亚里士多德挑战不了的东西——你虽然没有亚里士多德聪明,毕竟比他有知识的多。

现在我们来看看秦始皇为什么“不知道”:

秦始皇脑袋里没有“手机”这个概念,没有关于手机的相关知识,所以他看见一只手机,也不知道这是手机。

秦始皇有“物体”、“东西”的概念,他知道这是一个硬的、长方体的东西,但是他不知道把手机这个东西归为“东西”下边的哪一个分类,更不知道它的性质、特点和用途,所以,秦始皇“不知道”手机是什么。

总之,一台计算机无论多么先进,它没有概念、没有知识,它不可能“知道”任何东西,当然永远不可能思考。

小孩刚出生的时候脑袋里也没有任何概念和知识,但是他却能够自己形成基本的概念和知识,这一切是怎么可能的?不知道!

柏拉图说他生前在绝对的世界中拥有绝对的知识,出生以后他能够隐隐约约地回忆出一些来——这显然是胡扯蛋;康德说这些知识是与生俱来的,不依赖任何经验——这显然是废话,和不说没有什么区别。

我们知道的是:刚出生的小孩能够在没有任何知识和概念的前提下形成一些基本的知识和概念,人类其他一切知识都建立在这些基本知识的基础之上,这是一个事实。

我们虽然知道这个事实、这个真理,但是我们不知道这是通过什么方法和途径怎样完成的,因而我们没有相关的知识。强人工智能的梦想可以到此为止了。

你要想让电脑思考,必须给它建立概念和知识;你要想给它建立概念和知识,它必须首先拥有基本的概念和知识,这些基本的知识它只能自己建立起来,你不能给与它——正如你不能给与一个小孩和一只猫。

你要想让电脑自己建立基本知识,必须首先明白小孩是怎样完成这一切的,要明白这一切需要什么前提和条件,然后才能考虑把这一切移植到电脑上是可能的还是不可能的。

现在我们连小孩怎样建立基本概念都一无所知,谈论强人工智能无异于痴人说梦。

薛定谔的猫

引用

薛定锷的猫最早由物理学家薛定锷提出,是量子力学领域中的一个悖论。其内容是:

一只猫、一些放射性元素和一瓶毒气一起被封闭在一个盒子里一个小时。在一个小时内,放射性元素衰变的几率为50%。

如果衰变,那么一个连接在盖革计数器上的锤子就会被触发,并打碎瓶子,释放毒气,杀死猫。

因为这件事会否发生的概率相等,薛定锷认为在盒子被打开前,盒子中的猫被认为是既死又活的。

解读:

简而言之,这个实验的核心思想是因为事件发生时不存在观察者,盒子里的猫同时存在在其所有可能的状态中(既死又活)。

薛定锷最早提出这个实验是在回复一篇讨论量子态叠加的文章时。

薛定锷的猫同时也说明了量子力学的理论是多么令人无法理解。

这个思想实验因其复杂性而臭名昭著,同时也启发了各种各样的解释。

其中最奇异的就属“多重世界”假说,这个假说表示有一只死猫和一只活猫,两只猫存在在不同的宇宙之中,并且永远不会有交集。

引用完毕

薛定谔的猫和麦克斯韦的妖并列为科学史上的两大奇观。

不同的是麦克斯韦的妖是一个已经解决的问题,薛定谔的猫至今仍悬而未决。

有人说薛定谔猫态在介观尺度早已实现了,有人说哥本哈根解释早已崩溃了,公说公有理,婆说婆有理。

很多人不愿意介入这场争论——尽管这是现阶段人类面临的最为重要的问题——不是他们不感兴趣,而是他们根本不愿意花费数年的生命去搞清楚量子力学的基本原理。

Das曾经立志要让毫不懂得量子力学的人在二十分钟之内了解薛定谔的猫,可是我失败了。

失败了不要紧,我们从头再来。这一次das不再用现实世界中的例子来比喻,而是用一个如假包换的量子力学的真实事例来说明:

氦原子在元素周期表里排在第二位,它有两个电子。

两个电子处于同一个能级,两个电子都在第一层(K层),——按照传统的说法:它们处在同一个轨道上。

按照量子力学的说法,这两个电子的“轨道波函数”完全一样——是“对称的”,你别管轨道波函数是什么意思,它就是一个函数,描述电子在轨道上的运动状态。

完全描述一个电子的运动状态,光有“轨道波函数”还不行,电子还有一个内在的性质——自旋,用“自旋态”来描述,自旋态不是朝上就是朝下。

量子力学中有一个重要的原理——泡利不相容原理,说的是一个原子中不可能有两个轨道和自旋完全一样的电子(不仅是电子)。

如果它们轨道一样——“轨道波函数”一样,“轨道波函数”是对称的,自旋就肯定不一样,自旋肯定“反对称”。

量子力学这样解释这件事儿:

这两个电子的自旋肯定一个朝上,一个朝下,但是我们不能明确指出具体哪一个朝上,此时,两个电子不是明确地处于A上B下或者A下B上的状态,而是出于二者的“叠加”状态、“纠缠”状态。

我们认为我们在一个不依赖我们观察的客观物理世界中。我们希望对这个奇怪的世界有一个清晰的解释,并且希望这解释不依赖超自然的前提、本身不包含矛盾。

在没有人观察的时候,薛定谔的“魔鬼箱子”里粒子到底衰变了还是没有衰变?

按照人类现有的逻辑思维方式:它要么衰变了,要么没有衰变——二者必居其一。

但是这不符合量子力学的基本要求,如果真的二者必居其一,量子力学就无法解释双缝干涉实验;按照量子力学的要求,你必须认为这个粒子既没有衰变,也不是“没衰变”,而是处于“衰变”和“没有衰变”这两种状态的“叠加状态”。

问题是这种状态不仅我们从来没有见过,要命的是这根本就是不可想象的——无论你想象力多么发达,无论如何也想象不出“既衰变了同时又没有衰变”究竟是一个什么样状态。

缸中的大脑

没有比所谓的“缸中的大脑”假说更有影响力的思想实验了。

这个思想实验涵盖了从认知学到哲学到流行文化等各个领域。

这个实验的内容是:想象有一个疯狂科学家把你的大脑从你的体内取出,放在某种生命维持液体中。

大脑上插着电极,电极连到一台能产生图像和感官信号的电脑上。

因为你获取的所有关于这个世界的信息都是通过你的大脑来处理的,这台电脑就有能力模拟你的日常体验。

如果这确实可能的话,你要如何来证明你周围的世界是真实的,而不是由一台电脑产生的某种模拟环境?

为什么当年双缝干涉延迟实验让科学家感到恐怖?

双缝干涉实验顾名思义就是光通过两条平行的狭小缝隙后,投射在屏幕上的状态,看似简单无奇,可实验结果却像玄学的灵异事件令人惊悚莫名。
其实双缝干涉实验 历史 悠久,皆源于光的波动说与粒子说的百年争斗。光到底是粒子还是波?这曾是物理学界争论不休的话题。
所谓粒子,简单说就像一个个光滑的玻璃珠子。每当我们打开手电筒,无数光子就像子弹笔直的射向远方。
诸如牛顿、普朗克等许多著名科学家,都凭借权威实验确凿无疑证明光是粒子。
而所谓的波,简单说就像瓦片掷入水中产生的水波纹一样。如果把光看成波,那么衍射、偏振等光学现象就能完美解释了。
诸如惠斯顿、赫兹等许多著名科学家,也通过权威实验确凿无疑的证实光是波。
可是粒子与波是截然不同的东西。粒子可以分割成一个个最小单位,单个粒子不可再分,而波则是连续的能量分布。粒子皆是直线前行,而波则是同时向四方发射。粒子可以静止在某个固定位置,而波则必须呈动态在空间运动。
总之波与粒子之间存在不可调和的矛盾,由此波派与粒派争论不休,谁也不肯妥协。
18世纪,牛顿凭借其权威身份压制的波动说黯淡无光,直到1836年,英国科学家托马斯.杨发现光通过两条平行的狭小缝隙后,呈现明亮条纹与暗淡条纹相间的斑马线条纹。干涉衍射是波特有的性质,托马斯.杨的实验使波派逆势上扬,自此光到底是波还是粒子,成为物理学界核心议题。
直到1924年,有人如恍然大悟般提出也许粒子在某个时刻像波,而波也可能在某个时刻像粒子,那么光为何不能两者兼而有之呢?简单说就是光具有波粒二象性。
真理确实只有一个,可真理的表现形式也许有千万种,只不过人类始终属于盲人摸象各执一词的阶段罢了。光到底是粒子,还是波亦或波粒二象性,那么就要利用双缝干涉实验来验证了。
双缝干涉实验 科学家在一张纸板上开两条平行的细缝,用一把光子发射枪发射光子,然后观察光子通过细缝后,投射在探射屏上的光斑形状。
根据科学家推测,如果光是纯粒子,其他方向的光子都被纸板遮挡了,那么通过双缝的光子会直射到探射屏形成两道平行的两道杠。
如果光是纯波,那么光通过双缝后会形成两道波源进行干涉,波峰与波峰叠加形成明亮光条,波峰与波谷则互相抵消形成暗淡光条,投射在探射屏上就形成明暗相间的唯美的斑马条纹。
而如果光是波粒兼有,那么光通过双缝后,会出现两道杠与斑马线混杂状态。
简单说两道杠就是粒派胜出,斑马条纹就是波派胜出,两种状态混杂的四不像代表波粒二象性则属平局。
第一次实验光射枪发出光子通过双缝后,形成标准斑马线,明摆着波派大胜。
可粒派不服气,明明知道光是粒子,为何会出现斑马线呢?那么就一个一个光子发射,再重新做一次实验。
第二次实验,将光射枪调至点射状态,一个光子一个光子发射通过双缝,令人震惊的是当发射光子数量少时,探射屏上只有杂乱无章的光斑,可随着发射光子数量增加,探射屏上竟然出现了明暗相间的斑马线条纹。
这怎么可能呢?如果光真的只有波动性,粒派甘愿认输。可问题是,斑马线是通过双缝的两个波源互相干涉叠加而成。而一个光子不是通过左边缝隙直射,就是通过右边缝隙直射,它又是被谁干涉叠加呢?
难道光子遇到双缝会分裂成两半,同时通过双缝后,自己干涉自己吗?那么一不做二不休,继续做第三个实验弄清光子如何通过双缝。
第三次实验,在探射屏两边分别安装摄像头,同时依旧点射光子。如果那边的摄像头看到光子,就是光子通过那边细缝。
结果一边摄像头看到光子,另一边就看不到光子,并没有发现半个光子出现。那么光子就是粒子,只不过不知其通过双缝后,如何变成了两道波源形成了干涉条纹。也许这就是所谓的波粒二象性吗?
可诡异的事情发生了,探射屏上并没有出现预想的干涉条纹,而是出现了两道简单的杠。
见鬼了吗?全世界的科学家都懵头了。第二次与第三次实验的区别,只是第三次实验加了摄像头观察,难道没有摄像头观察,光就是波,有摄像头观察,光就是粒子吗?光是波还是粒子,难道由观察者是否看一眼决定吗?
于是有些脑洞清奇的聪明人,大胆推测光子是智能极高的外星Al机器人。当光射枪发射光子时,光子已经开始观察,如果发现有摄像头就表现出粒子状态,如果发现没有摄像头,只有屏幕,就表现出波的特性。
如此脑洞大开的推测,不但未遭到大量抨击,甚至科学家还要为此进行第四次实验佐证,可见全世界已经被双缝干涉实验弄晕了头。
灵异恐怖的双缝干涉延迟实验 第四次实验,事先未加摄像头,当科学家预估光子通过双缝时刻,并在其通过后,以迅雷不及掩耳之势加上摄像头,这与1978年惠勒的延迟选择实验类似。
实验结果是无论以多快速度加上摄像头,屏幕上都显示两道杠。反之即便事先有摄像头,哪怕最后一秒撤掉摄像头,屏幕就会出现明暗斑马线。
我们需要注意,光子经过双缝之后才决定是否加摄像头,也就是说光子通过双缝时,就已经确定了将以何种方式出现。那么光子通过双缝时已经定型,可实验却又为何在最后一刻变化呢?
难道光子真有高级智商?一个简单的实验使有关灵异甚或外星人的留言四起,科学家们崩溃般感觉到历经几百年时间构筑的理论体系已瞬间崩塌。
结语 其实托马斯.杨的实验并不恐怖,它是实证波动说的经典实验。而真正令人感觉恐怖反直观的则是属于量子力学范畴的双缝干涉延迟实验:一是光子一个一个打,也会出现干涉;二是只要观测光子通过哪条缝隙,干涉却消失了。这里就牵涉到了量子力学中的两个概念“态叠加”与“测量塌缩”。
简单说双缝干涉延迟实验并不恐怖,只是不易理解,它为我们打开了量子魔法大门。玻尔为此总结出了量子力学三大原理:态叠加原理(在量子世界,一切事物都能处于不同状态,各种可能性并存);测不准原理(叠加态无法精确测量);观察者原理(虽然任何事物都有多种可能性叠加,但我们无法看到一个即黑且白的量子物体,只要我们观察,必然看到一个确定无疑的结果)。
玻尔因完美解释了双缝干涉延迟实验一夜成名,却也四面树敌。按照玻尔说法,光子在观测瞬间,随机蜕变成多种可能性中一种,并将此过程命名为“塌缩”,可是“塌缩”到底经历怎样过程?玻尔自己也无法说清。
由此许多人抨击玻尔理论反直观,其中bug太多,而薛定谔用一只不死不活,又死又活的混沌之猫给了玻尔理论致命一击。
时至今日,虽然人类对量子力学有了进一步认知,量子通信卫星已经上天,可人类对量子世界所知还属皮毛。也许就像爱因斯坦所说:“我思考量子力学的时间百倍于广义相对论,却依旧想不明白。”,量子世界浩渺无边,我们所知渺如微尘,那些我们未知的世界就成了神秘玄学所在。
如果说宇宙不是完美的,它有BUG(漏洞),你信么?双缝干涉实验似乎一步步地发现了这个宇宙“漏洞"
双缝干涉实验是什么? 当我们在水中丢下一块石头,那么水面就会产生波纹,如果同时丢下两块石头,两个水波之间就能够出现交叉的干涉条纹。这就是波能够互相干涉的特征。
双缝干涉实验既在一个光源前放置一个开了两条缝隙的不透明挡板,挡板后面再放置一个能够观测到的背景。当我们打开光源,会看到背景上出现明暗相间的条纹,这就是简单的双缝干涉实验。 这个实验证明了光是一种波! 因为光在穿过两条缝隙后产生只有波特有的干涉,相反的波被抵消,相向的波被增强,导致背景上明暗相间的条纹。(日常生活中主动降噪耳机就是利用了这个原理,用相反的声波抵消了噪音)
下面我们把实验升级一下,光源变得非常小,背景换成高灵敏高分辨的底片。打开光源后,一开始我们看到了无数随机分布的小点,随后这些小点越来越多最终形成明暗相间的条纹!实验升级后证明光是一种粒子并且还具备波的特征 , 也就是光的 波粒二象性 !
双缝干涉延迟实验 虽然双缝干涉实验已经让人赞不绝口,不过科学家们还是在这个实验上再次升级。将光源变成一次发射一粒的电子!电子要通过这块挡板只能随机通过两条缝隙。
我们知道,要干涉就必须有对象,没有对象怎么被干涉?然而这一次实验结果出事了,即便单个电子在随机穿过两条缝隙后依然在最后形成了干涉条纹。
这个结果震惊了科学界!为什么单个电子能够自我干涉?难道他还有一个分身?更诡异的是当我们观察电子是通过哪一条缝隙时,干涉条纹消失了。当取消观察时,干涉条纹又神奇的出现了!冥冥中仿佛有一双眼睛窥视着我们,只能让我们看到电子穿越缝隙的路径(粒子特征)或者电子的干涉条纹(波特征)其中之一!
双缝干涉之延迟选择量子擦除 看到这里,你也许认为上面的实验会有很多未知的漏洞,我们观察电子时已经打扰了电子的正常运动导致电子属性改变,只是我们没有办法找出这个因素。接下来科学家用更加复杂精密的方法来做双缝实验。将一个光子分离成一对纠缠的光子A和B(纠缠的量子能够无视距离影响对方)
AB分别做双缝干涉实验(互不影响的环境),而B距离感应屏比A远,这样 A会比B要先到达感应屏 。当我们在B实验中放置相机观测到B通过双缝的路径时,A实验的干涉图像消失,显然,纠缠的两个光子是互相影响了,B得不到的波属性A也得不到。接下来,我们通过技术手段把B获得的路径信息擦除,然后A和B都出现了干涉条纹。这里就出现了两个个非常诡异的现象。 测量到光子的路径信息只是"泄露”,没有主管观意识去查看,干涉条纹会消失!把这个路径信息擦除掉,干涉条纹又会出现!
更诡异的是,实验中我们设定从B获得路径信息时,A早就已经到达了感应屏形成了图像!这时候擦除B的路径信息,A感应屏已经"拍好照"的图像会鬼魅般地变成干涉条纹!
让人难以理解的“宇宙程序” 很多人一开始认为,观察光子路径就是人类意识干预了实验。不过我们从最后一个实验得知,在延迟选择实验中,测量到的路径信息,你看与不看,宇宙程序它已经认定了你泄露了天机!光子波动属性就被隐藏了!我们得不到干涉图像。如果我们把这个泄露的天机抹除掉,宇宙程序马上修复了光子的波动性,让我们得到了干涉图像。没想到的是,我们人类在实验室上利用量子纠缠钻了个空子,让图像形成之后再得到路径信息。接着我们再去选择是泄露还是擦除,宇宙程序任然按照原来的指令执行了。让已经形成的图像变了回去(曾经不干涉的光子,在曾经又干涉了。这话很绕)?这是不是意味着我们找到了一个宇宙程序的BUG,用现在的决定,改变了过去!还是另有其他原因?我们生存的宇宙,这个看不到边无比真实的世界,难道是一个设定好的“程序”?或者说宇宙这个看似无比完美运行的世界其实还有一些漏洞。如果人类将来利用这些漏洞未来的世界会发展成什么样子?
很多人听过双缝干涉实验后会认为“玄之又玄”,于是有了“遇事不决量子力学”。实际上,量子力学是人类了解宇宙底层逻辑的敲门砖,而双缝干涉实验则是量子力学核心的显现,下面我聊聊双缝干涉实验到底多“诡异”,它揭示了宇宙哪些核心?
薛定谔的猫、上帝掷骰子、平行宇宙哪来的? 由于量子太过抽象,因此我们把量子现象过渡薛定谔的猫,再回到双缝干涉实验就容易理解了。这是薛定谔给我们理解量子力学的好例子。
话说啊,有个封闭的盒子里面装一只猫,然后一个量子装置连着毒药瓶,猫的生死取决于量子性质,如果量子发生衰变猫死,反之则没事。换句话说,猫的生死间接表现了量子的性质。实验的问题是猫最后是死的,还是活的?
各路大佬都说出了自己的看法,主流看法有三个:
哥本哈根学派,波尔:这是只 量子猫,它在盒子里的概率是100%的可能性是活的,同时100%可能性是死的,两种状态同时存在,叠加在一起,当你打开盒子一瞬间,猫的生死才会表现出来,生死的结果是随机的。
爱因斯坦、薛定谔:猫50%是死的,50%是活的,我们打开盒子之前它就已经死了,或者还活着,我们打开盒子看到的是结果,而不是诱发结果。
爱因斯坦:波尔,按你的意思是打开盒子时,上帝发现有人要来看结果了,赶紧摇号决定了猫的生死?
波尔:你别管上帝能干什么!
休·埃弗雷特:安静安静,我还没说呢!首先波尔的叠加态我是认同的,但是100%+100%=200%,打开盒子前与打开盒子后应该守恒才对,因此我认为如果打开盒子时猫死了,那么活着的猫应该存在于另外一个世界中——平行宇宙。
爱因斯坦、薛定谔、波尔:你厉害, 我们竟然不知道如何证明你说的是错的!
故事先到这里,看得懂看不懂没关系,先说结果:波尔是对的!而平行宇宙证明不了,最多算假说。在这个故事中有几点很重要:
1. 猫即死又活的状态——叠加态
2.打开盒子意味着观测, 观测会让叠加态随机坍缩为单一状态 。(上帝摇号!)
3.前两点, 打开前与打开后,还隐含了波粒二象性。 (下面再说)
光到底是什么?——双缝干涉的“诡异” 接下来我们看双缝干涉,这事要先从牛顿说起,源于一个看似简单,然而谁都答不上来的问题——光是什么东西?
图:牛顿三棱镜实验
牛顿作为当代学霸,为光学做出了不少贡献,比如阳光是由多种光混合而成的三棱镜实验就是他搞出来的。他认为光又能反射,还折射,运动轨迹会改变,就像乒乓球扔墙上会反弹回来,因此它最小的单位应该是粒子。
十九世纪,托马斯·杨反击牛顿,他只干了一件事,让一束光通过了两条小缝,后面有块感应屏。“按照牛顿的说法”这个实验的结果应该是两条条纹,如下面:
实际上却出现了下面的结果:
于是老杨说光就像下面的水波一样,其实波:
通过缝隙的光波变成了两个波,两个波接触干涉,出现和水一样的现象,于是在屏幕上显示出干涉条纹。
这就是双缝干涉实验,但是诡异的事情是量子力学的双缝干涉实验。
好景不长,随着黑体辐射实验,普朗克发现光能量是一份一份不连续的,爱因斯坦发现光电效应,即光与原子作用时是以粒子的形式交换能量的。于是大家重新审视双缝实验,对它进行升级。
既然光是一粒一粒的,那么我们把光子一粒粒通过双缝会发生什么?(实际实验用的是电子,道理是一样的)
大佬们很快地照着两条缝像机关枪一样发射一梭子电子,显示屏上随机出现大量的粒子,但站远点看这些粒子同样组成了干涉条纹。既然是粒子,为何会发生干涉?
于是有人认为一大堆电子在一起挤来挤去的所以发生了干涉,有点像儿童乐园里的海洋球,当你跳进去,海洋球虽然是一粒一粒的,但是会像波一样往向外扩散,于是就有了虽然是粒子但同样会发生干涉。但真的只是这样吗?
图:实验结果
科学家再次做了实验,改成了“手枪式”发射,“啪”打一发电子,电子到达了感应屏,再打下一发,杜绝了两个电子在运动时发生干涉。然而科学家懵了,快点打和慢点打,结果是一样的,屏幕还是出现了波动性,才会出现的干涉条纹,而不是两条条纹!也就是说单个电子发生了干涉,那么它和谁干涉呢?就两个缝,它只能选一个穿过,另一个缝没有电子出来,上哪干涉去?
为了解决了问题,大佬们就在实验中安上了光电探测器“去看它”,看看电子是如何完成干涉的!结果发现电子老老实实的在感应屏上形成了两条条纹。大家:上帝,告诉我发生了什么!
上面的故事已经给了答案:波粒二象性 先按不靠谱的平行宇宙理论来解释:你不看时,电子即从A缝过去,又从B缝过去,然后发生了干涉,你可以理解为量子出现了一个分身。如果你去看它,宇宙就分裂了,如果电子从A缝进入,那么平行宇宙中的电子就从B进入,是我们去探测引起了宇宙的分裂,导致处于两个宇宙中的电子(分身)无法形成干涉。
波尔的解释:前半段和平行宇宙一样,电子处于叠加态,这是一个波的状态,但当你去看它,就随机坍缩成了粒子态。
爱因斯坦:无法解释!肯定有什么我们还没弄清楚的,反正上帝是不会摇号的。
图:我们印象中电子在原子中是这样的
图:实际上它是这样的,因此也叫电子云,具有概率性、波动性。
到目前的科学研究成果来看,波尔是对的。量子具有波粒二象性,这是量子力学的核心。一个电子同时具有波与粒子的性质。
当它没有坍缩成粒子时,虽然也是以单个粒子发射,但波的性质也在发挥着作用,当你发单个电子就类似于发射出水波,你发射了一堆电子,其实就是在发射一堆波,这些波都会按着干涉后的结果显示在感应屏上。当你探测电子,它坍缩成单独的粒子性质,所以一堆电子打出去,没有发生干涉,只出现两条条纹。
如果不理解量子的性质就会觉得,我不看出现干涉条纹,我看了却不干涉了,似乎有点“恐怖”,理解了就理所当然了,量子力学是目前人类发现的宇宙最底层的逻辑,它可以解释宇宙起源,大到宇宙的构成,小到组成宇宙最小结构的粒子的形成。

为什么有人说电子双缝干涉实验是令人“毛骨悚然”的?

之所以说电子双缝干涉实验令人“毛骨悚然”,是因为电子双缝干涉实验中出现的奇怪现象彻底颠覆了人类以往的认知。在我们传统的观念中,物质的运动是不以人的意志为转移的,换句话说,某件无意识不自主的事情,不管人是否在观察,该发生还是会发生,不会因为人的观察而影响到它,但在电子双缝干涉实验的过程中,这个观念被打破了。实验现象是,人们对电子的观察与不观察,影响到了电子的运动,换句话说,人的主观意识影响到了物质的运动。
可能有些人不以为然,但仔细想一下就会觉得太不可思议了。就好像冥冥之中有一个你看不到摸不着但又确确实实存在的事物在监视着你,并根据你的主观所想去主动改变这个世界。再想下去,都要对这个世界的真实性产生怀疑了。
先给大家说一下这个电子双缝干涉实验吧。其实最初的双缝干涉实验室用光做的:将一束平行的单色的光照射到两条平行的距离很近的细缝上,在后面的挡板上会出现一条一条明暗的条纹,这就是双缝干涉实验。光的双缝干涉实验从侧面佐证了光是一种波。但后来物理学家约恩松突发奇想,用电子做了双缝干涉实验,这本来也没有什么,但实验结果却是出乎意料,电子竟然呈现了和光一样的特性!也就是说电子也是一种波!
由于德布罗意提出的物质波理论,科学家们只能认为电子也具有波粒二象性,这个解释看似十分完美,但所有人都不知道,真正的大招还憋在后面。
到了1974年,某位大学教授对这个实验有了更深的疑问,于是他重新做了这个实验,并在两条细缝两边加装了精度极高的监视器,重新开始实验,这一次出来的结果吓坏了许多人:每个电子都看的清清楚楚,后面的挡板上整整齐齐两条亮纹,双缝干涉消失了... ...
这位教授不信这个邪,他关掉了监视器,这时双缝干涉又奇迹般地出现了,但是当他重新开始监测的时候,双缝干涉又消失了,只能看到一个又一个电子穿过双缝,形成两条亮纹... ...
说到这儿,大家就明白了为什么这个实验如此的“毛骨悚然”了吧,因为在这个实验中,好像有未知的存在在操纵电子一样,就是不让人看到电子干涉那一瞬间发生的事情,这个影响因素就是人的意识,这个在物理学中最不应该存在的词汇。目前的电子双缝实验能够得出来的结论是:你看到干涉图谱,你可以认为电子是波,但当你认为它是粒子的时候,它就是粒子。而或许,真实的情况是... ...
所有的回答都冗长说不到点子上。

问题是为什么毛骨悚然。

毛骨悚然的原因是,这个实验的结果,取决于人是否观察。

也就是说,举个例子。如果你平时放一杯开水,你傻傻盯着它一天,或者用摄影机对着它拍一天,或者直接放在那里一天,既不亲自观察,也不用摄影机拍摄。那么三种情况,第二天开水的结果都一样:变凉。


但是在双缝实验中,三个结果是不一样的。相当于如果你盯着它,一天后水就还是开的。如果你不看它,一天后水就亮了。

这杯水就好像有生命,有意志,知道你在看着它一样。

这已经很可怕了吧?更可怕的是,假如你决定和他谈捉迷藏,偏偏它,人走开用摄影机偷拍它,它仍然仿佛看穿了你的小把戏一样,第二天也是开水。

也就是说,你无论通过什么方式观察它,它都知道你在观察它。


当然双缝实验的对象不是水和它的温度,是光子点子。但它的可怕之处就是这样了:实验结果取决于意志。
谢谢"读闻世界"好友的邀请!
单粒子双缝干涉实验是人类 历史 上得到的最神奇的实验结果之一,它是对与符合物理直觉的宏观世界截然不同的量子世界的一种惊人阐释。实际上,它表明,现实的本质可能完全不是物质的。
从我们最熟悉的说起:
我们可以想象一只橡皮鸭,它在水中上下摆动,引起周期性的涟漪向外扩散。一段距离外,波纹碰上一道中间切有两条缝的障碍物。大部分水波被阻挡,但水波仍然会穿过两处缝隙。当新波纹开始叠加,便形成了新的相互干扰后的波纹。这是因为在一个缝隙波纹的波峰刚好碰撞上了另一个缝隙处的波峰,导致了更剧烈的高峰;两个低峰的波谷叠加也导致了更剧烈的下沉。科学上将这种现象称为“相长干涉”。
但当一个波峰与另一个波谷相遇时,它们会相互抵消,水面齐平——这是“相消干涉”。所以我们得到了起伏或平静水面的交替变换。
托马斯?杨在1801年首次观察到了光的双缝干涉:一束光经过两条窄缝后在接收屏上产生了数条明暗条纹,屏幕上交替出现了“相长”和“相消”干涉的区域。只要有两个以上的光子,便会出现干涉条纹。
各个光子分别穿过两个缝隙,然后在缝隙后相互干涉,进而形成干涉条纹。这时,将会看到所有物理学中最不可思议的实验结果之一:在每次只发射一个光子情况下,干涉条纹仍然会出现。
也就是即使只发射一个光子,它也会同时通过两个狭缝,出现独自相互干涉现象。实验者曾经装上探测器来观测一个光子到底从哪个缝隙通过,获得它的路径信息,此时干涉现象却消失了。如果拆下探测器再次发射单个光子,干涉条纹就会再次出现。
直到1987年,科学家在一次实验中发现,如果只获得部分粒子路径信息,干涉现象(图样)就不会完全消失。这就是 “量子擦除实验” (双缝实验的变版):只要测量时不过度搅扰到粒子运动,干涉条纹就会随机改变或恢复。
另一个双缝干涉实验的变版是 延迟选择实验 :通过探测器探测到的路径信息,在光子投射到屏幕上之后,能凭着标记或擦除的路径信息,消除或恢复干涉图象。这时差关系,理论中可延长甚至很久。如标记上了路径信息,光子只通过一条路径;如擦除了路径信息,粒子就又会通过两条缝隙。也就是,观察人现在的行为可决定以前的事,这和传统的理论是相背的。
后来的物理学家Veritasium也进行了这个双缝干涉实验,他惊讶的发现条纹的形成与每个光子能量的传递没有关系,这些条纹是许多不相关的光子最终分布位置。 也就是每个光子都不知道上一个光子的位置,也不能预测到下一个光子的落点,但每个光子都会落在条纹区域内,不会落向条纹区域以外。
20世纪20年代的哥本哈根大学的量子力学先驱哥本哈根认为波函数没有物理本质,而是由纯概率组成。说明双缝干涉实验的粒子只以一种最终包含所有路径的可能位置波存在。只有在粒子被探测时,它位置所走的路径才会被决定。
哥本哈根诠释把这种空间可能性与确定属性间的转换称作“波函数坍塌”。说明了在坍塌前试图确定粒子的位置或属性是毫无意义的,也就意味着宇宙允许所有可能同时存在,但不到最后瞬间不会选择什么真实发生。更令人“毛骨悚然”的是, 这些不同的可能路径或不同的现实会与自身相互作用干涉,使得一些路径成为现实的几率增加而另一些减少。
如果我说上过高中物理的同学都听过这个实验,这话没人反对吧。但大多数同学认为双缝干涉实验仅仅是对光的波动性的证明实验,那时并没有认识到这个简单的实验竟然是二十世纪最经典的实验之一。

实验之前人们认为: 对象是客观存在的,无论以怎么的方式去观测都是不变的,都是客观的存在的样子。
实验之后却发现: 对客观对象的观测竟然会影响到观测的结果,即人的主观意识会影响客观对象的表现方式。
具体来说是这样的:
当两束相干光在同一个时空中相遇时发生叠加,光线投影到白板上表现出有些区域的光波加强,有些区域的光波减弱,这就是光的干涉。
但是如果把白板换成测量装置,来探测每个光子的具体叠加路径,却是做不到的,只能观测到两条细缝。
对此哥本哈根给出的诠释是我们只能观测到光子打出时和到达时的时间和位置,在这中间,如果探测光子的位置就会引起波函数坍塌,光子相干现象消失,也就是主观的观测影响了现象的呈现,这是前所未有的理论,所以是令人毛骨悚然的。
强烈推荐阅读曹天元的《上帝掷骰子吗?量子物理史话》。
书中作者详细的讲了这个问题。
电子双缝实验。这个最简单的实验居然是解决最顶级物理难题的钥匙。他驱使最强大脑们最终发现了量子物理这个领域。
毛骨悚然。对呀,量子物理就是这么惊悚。关于物质和意识,科学界和哲学界争论了几千年。首先,他们都认同物质和意识是截然不同的东西,其次,他们争论的是到底谁决定谁。
好啦,量子物理全给推翻了。
首先,推翻的是决定论。每个人都是因果论者,认为世间万事万物有因必有果,因决定果,没有因就不会有果。量子物理说啦,你不观测他,他处于生与死两种状态的叠加,你只要一观测,他就瞬间坍塌成了生或者是死,就是说,因果倒置啦。
然后,推翻的是物质和意识的界限。意识这种东西摸不着看不到闻不见,物质可以看见摸到闻到,怎么可能一样?现在量子物理说啦,所有物质是元素构成的,元素是由原子构成的,原子是由电子,电子分解到最后是什么呢?是一段弦,对,是一团高纬度空间蜷缩在低纬度空间的弦,准确的来说,是波,在振动,你不观测他,他就在振动,你一观测,他就坍塌成粒子了。好了,所有物质的本质就是波,就是一种振动,就是一段空间。
我的世界观,被量子物理击碎了
谢谢 @读闻世界 邀答。
双缝干涉效应是弥足珍贵的,用不确定原理来解释是不靠谱的,也自然引来大惊小怪。
笔者认为,本题的解释,要把光子与电子的两个自干涉效应一起来分析,原理是一致的。
所谓自干涉效应:1个粒子有双缝干涉现象。据量子论解释说:1个粒子能同时穿过两个狭缝。
量子论的理由是:粒子运动不服从因果律,没有过程轨迹,可同时在任何位置,有分身术。
这是神逻辑。如果非定域论或海森堡的不确定原理不成立,那么如何解释自干涉效应呢?
依我看,根子出在:量子科学家们不清楚“电磁波是物质波的激发效应”这个基本原理。
除此之外,需要“超对称理论”:原子光谱是费米子与玻色子对立统一体中的外延部分。
原子光谱的精细结构表明:核外电子围绕原子核运动,作为永恒震荡的谐振子,激发原子内空间的场介质,产生向外辐射的原子光谱。
原子光谱,是电子与原子核物质波共同激发场介质的产物,是原子全局的外围成分。
以氢原子为例,根据最小作用量原理,可做一个估计:基态电子震荡速度基本稳定在大约v0=2,200,000米/秒,质子震荡速度基本稳定在大约v*=500米/秒。
电子动能激发电磁波,有:Ek=?mv2=hc/λ, λ=hc/Ek,Ek=?×0.91e-30×(2.2e6)2,即:Ek=2.2e-18[J],λ=9e-8[m]=0.9[nm]。
质子动能激发电磁波,有:Ek'=?m'v'2=hc/λ', λ'=hc/Ek',Ek'=?×1.67e-27×5002,即:Ek'=2.1e-22[J],λ'=9.5e-4[m]≈1[mm]。
现实的原子不是一个封闭系统,会受到其他粒子的影响,核外电子与原子核的震荡速度变化多端,这就有了原子光谱的精细分布。
对于多核子的原子光谱,可按外层电子物质波与原子核物质波为 突出代表 来做理论计算。
哥派量子论担心,如果电子绕核运动,需要库仑力提供向心力,而不断释放电磁波,库仑力将很快耗尽,导致电子塌陷到原子核之荒谬。
这种担心是多余的。因为:
①运动本来就是粒子存在的方式;运动是绝对的,否则就不存在粒子的漩涡球之共性。
②电子/质子/光子,只有以光速自旋,才能实现独立的自我,保持固有质量与引力势能。
③自旋产生两极,两极产生轴倾,轴倾产生进动,进动产生震荡或测地线循环。
④原子外部表现的原子光谱,是原子系统的外围成分,亚原子只是移动的电磁波震源。
有一特制电磁波震源或激光发生器,也叫“ 初级震源 ”,其中,核外电子被加速震荡。
假定该电子震荡1周,激发附近场介质,产生1个光子。这个光子相当于“ 次级震源 ”,可看作“ 单个光子激元 ”(exciton)。
这个光子激元,刚刚从发生器出来,就会激发或推压出口处周围的所有场介质,产生大量的n个光子,分布在一个超薄球面,即波阵面。
这“ n个光子激元 ”又激发附近介质,好比多米诺骨牌效应,形成一圈圈的光子波阵面,这就是所谓的电磁波。
显然,1个光子可激发n个光子,n个光子可激发n2,n3...n?个光子。
当大量光子到达“ 两个狭缝 ”时,每个狭缝至少各通过1个光子激元。
这2个光子一旦从狭缝出来,就形成两个一圈圈的波阵面,即:2×(n→n2→n3...n?)个光子。
两个波阵面的大量光子,相互交集、叠加、共振,有波峰与波谷,在“ 后置底屏 ”上,留下明暗相间的条纹。
有一满足光电效应的电子发生器,发射出来的自由电子,作为移动震源,是电子物质波。
这1个电子的物质波,可激发其附近的场介质,产生n个光子激元构成的1个超薄波阵面。
然后依次激发场介质,产生n2,n3...n?个光子。其激发模式是:1电子→n个光子→n?光子。
后来的双缝干涉机制,与单光子的干涉机制是完全相同的。
原子光谱表明,空间充满多频率的光子。原子是“内空间亚原子”与“外空间光量子”——两大超对称成分的统一体。
单电子/单核子/单原子核(物质波)可激发出大量光子,单光子(激元)也可激发出大量光子。
单色电磁波是一圈圈波阵面构成的球面波,不只是一条人们津津乐道的正弦波。
双缝干涉实验大家并不陌生,在上学时很多人还亲自做过这个实验,让一束单色光通过遮光板上两条相互平行的细缝,会在后面的光屏上形成明暗相间的条纹,也正是这个实验为我们证明了光的波动性!而且,我们可以根据光的波长计算出明暗条纹出现的位置! 1 但就是这样一个简单的实验, 到目前为止还有很多无法解释的现象,科学家为了探究双缝干涉的机理,在遮光板上装上了探测器用于观察光子通过细缝时的情形,但不可思议的现象出现了,干涉现象消失了,这次光屏上没有出现明暗相间的条纹,光只选择通过了其中的一条细缝,也就是说光的波动性消失了,但更诡异的是当我们将探测器移开的时候,光屏上再次出现了明暗相间的条纹! 这就是说,我们是否对实验过程进行观察,会对实验结果造成影响,这太不可思议了,无论是根据日常经验还是科学推论,都无法给出合理的解释,对于这种现象,著名科学家薛定谔曾做过著名的假想实验,那就是一直被我们调侃的薛定谔的猫! 虽然针对这种情况,科学家给出了很多不同的解释,比如弦理论,平行世界等,但到目前为止,所有的解释都还只是一种假说,没被实验所证实,基本粒子在微观上特殊的存在形式,确实是让人伤透了脑筋,也让很多人的世界观面临崩塌,但正如屈原所言:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索!相信随着人类对微观世界研究的深入,终有一天会解开这个曾困扰我们多年的迷题!
一幅先天八卦图,就是宇宙图谱。任嘛都在这里面.兴奋啥。
老子不耐烦,不跟你们玩,躲开了;
庄子舍不得,进来又出去,呆边看;儒家子弟累成狗,和尚尼姑来忽悠,
穆罕默德没有空,隔壁耶稣总插手。
干实事的少,糊混过的多,这是常态.干成实事的更少,才有了似乎令人佩服敬仰的圣人哲人超人和如今这被称作“科学家”的几个人~~~也仅仅是摸到了一下皮毛而已一一就尖叫兴奋.
.让老子呵呵两声.
那个“二进制”计算机语言,不就是阴阳两极?你要说0101也行;伏羲女娲蛇身交娓图埋了千万年,纽股糖似的召示人类如何生殖繁衍,你才发现是人类基因密码一一脱氧核糖核酸左旋式样?..有他“上帝创造万物”什么事?!有和尚尼姑什么事?!(当然佛家没说人是和尚尼姑造的)。
混沌至今还是混沌,都还在泥塘里乱爬.。有嘛毛骨悚然的.
在物理的世界里,从来就不缺乏追求真相的伟人。

说到双缝干涉实验,首先想到的应该是托马斯?杨的双缝干涉实验,一束单色光经单缝衍射,再经双缝干涉,会呈现明暗相间等我条纹,然而,物理学上早就知道,机械波等我干涉会出现加强、减弱的现象,因此可以得出结论,光是一种波。

继普朗克提出能量子的假说后,爱因斯坦又提出光子的概念。
想必大家都知道爱因斯坦光电效应吧?简单来说,就是一束光照到金属板上,会激发出电子,从而产生电流。但对于某一金属板,并不是所有的光都能使它溢出电子,而是频率大于等于某一特定值得光。
那么问题来了,电子之所以会溢出,是因为吸收了光的能量,如果这样,应该所有的光都会使金属板溢出电子,只不过是时间长短的问题。这也是经典力学所解释不了的内容。
别急,爱因斯坦他老人家自然会做解释。爱因斯坦认为啊:光在传递能量时也是一份一份的,不连续的(普朗克曾提出能量的传递不是连续的),他提出了光子这一概念,即光是粒子,每个光子的能量只能被一个电子吸收,而光子的能量由光的频率决定。好吧,他这一解释,您还别说,真就通顺了。那爱大爷这个实验说明什么呢?对,光是粒子。
那么问题又来了,杨氏干涉实验说明光是波,光电效应实验说明光是粒子,那光到底是什么?没错,光既是波,也是粒子,物理学上把这叫做波粒二象性。

那接下来就要回答题主等我问题了(终于绕回来了),电子双份干涉实验为啥恐怖?
别急,咱还得提一人,这个人叫德布罗意。这哥们就寻思了,光这种东西,非实物粒子,具有波动性和粒子性,那我就猜想,实物粒子也具有波动性。您还别说,真被他猜着了。电子双缝干涉实验完美的解释了实物粒子也具有波动性,想一想细思极恐,你在马路上行走,向前向后运动是以波的形式传递的(我似乎不敢想象这个画面),但这确实是真实存在的,因此后人为了纪念他,把实物粒子运动的波叫做德布罗意波或物质波。
电子双缝干涉,首先来自于光子双缝干涉。证明了光是一种“波”,因为只有波才能互相“干涉”,后来德布罗意提出一种理论,认为任何物质都是“波”,都具有波动性,后来电子双缝干涉实验,证明了这一点。
之所以令人“毛骨悚然”,是因为无论是光子双缝,还是电子双缝干涉,都证明了量子领域的“测不准”原理。
爱因斯坦不是搞出了光电效应嘛?那么“光”是什么东西?为什么特定频率的光照一下那个不知名的板子,那个板子就会带电?光能计算公司是△E=hv,光能和光的频率有关,既然光有频率,那么他就是一种波咯?说对了,某种意义上他就是一种波,可以说什么东西都是波。无线电、红外线、伽马射线、紫外线、可见光都是一种东西,都是电磁波的一种,只不过频率不同而已。频率v越高,能量越大,原子弹爆炸发出的爆炒广岛那玩意儿就是伽马射线,他和太阳光、手机的光、WIFI信号没有本质区别,频率极高而已。
然而,光电效应公式又说了,不是特定频率的光,你照多久都没用,特定频率的光,一个光子就足够激发电子了......等等,你不是说光是一种特殊的电磁波吗,光子是什么东西?爱因斯坦那时候的解释是,光波只能一段一段不连续地被吸收,就和能量子一样,所以被称为“光量子”。
但这不是最终的解释,最终的解释是个颠覆一切的可怕魔鬼。
我们做过双缝干涉实验是吧,既然都能 干涉 了,那么光肯定是波啊,这个不需要解释。解释一下干涉,波其实振动在介质中的传播(当然这个说法最终也不对,光不需要介质)。波不是直线前进的子弹,子弹撞墙了不能继续飞,而波能绕过去,这叫“衍射”。而两个不同的波相遇的时候,会发生干涉,比如你在水中连丢俩石子,会出现两股水波,波峰与波峰相遇,会叠加,波纹更高,波峰与波谷相遇,波纹会削弱,这就是干涉。

那,就是这个样子的。这个初中物理也有。
我们来讨论光的干涉,如果你随便把两个手电筒打在一起,肯定看不到干涉条纹的。只有两列光波的频率相同,相位差恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光,不可能具有相同的频率,更不可能存在固定的相差,因此,不能产生干涉现象。
为使合成波场的光强分布在一段时间间隔Δt内稳定,要求:①各成员波的频率v(因而波长λ )相同;②任两成员波的初位相之差在Δt内保持不变。(这里看不懂可以跳过,意思是普通光源不能做这个实验,但高中和大学实验室的激光器,完美解决了相位差的问题)
实际情况是这样子滴——


这个只能证明一个问题,那就是,广是一种波,波长很小频率很大的波。但为什么说魔鬼出现了呢?下面是见证奇迹的时刻,如果给你一个完美的黑暗房间,不受其他光源干扰,用能发出单个光子的光源做这个实验,光子一个一个地打过去(别怀疑,这个实验条件地球上具备,而且成功了)。
那么我们随便先来十发光子,会在背景墙上发现,光子落得满地都是,乱七八糟,毫无规律,但是我们来个三百万发,再看结果,却发现那么多星星点点如同细沙子的光斑堆成了了一道一道光的波纹?如下——

见鬼了,问题在哪里?问题是——我们是一个一个打出光子的啊,如开枪一样,后一个光子不是智能生物,不可能知道前一位光子的落点啊,他们怎么商量好落脚点的?难道他们之间可以沟通?黑屋子里没有其他光子,单个光子和谁干涉的?和自己?自己干自己?肯定有鬼。
事实上,当光子穿越双孔的时候,我们不知道它到底穿过了哪个孔?有可能是左边,也有可能是右边,他不可能同时穿过两个孔,他不是孙悟空。常识告诉我们,宇宙的选择是确定的,但常识错了。如果我们挡住其中一个缝隙,可怕的事情发生了,干涉条纹消失了。于是薛定谔写出了伟大的薛定谔概率波方程。
他说量子态是一种 概率波 ,有两个状态,可以弥散,可以 坍缩 ,类似于函数的发散和收敛,可以复习一下高中学的“杨氏双缝干涉”,单个光子连续穿越双缝形成干涉条纹,但你无法知道光子到底走的是哪一个缝隙。如果你知道了,就无法形成波动性质的干涉条纹——观察者改变世界——这有点唯心主义的意思,但却是被实验证明的真理。单个 光子是一团概率云,穿过的一瞬间他坍缩了,选择了一个出口而已。后来德布罗意发扬光大,把波粒二象性推广到所有物质上,事实也证明了,电子也可以在晶格实验中产生类似波的干涉条纹。明白了么,兄弟们,你们也是波。
而海森堡提出了“测不准原理”,——粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式

,h是约化普朗克常数。海森堡认为——测量这动作不可避免的搅扰了被测量粒子的运动状态,因此产生不确定性。就是说,观察者会影响事件的结果,量子力学范畴中,测量不是只有实验观察者参与的过程,而是经典物体与量子物体之间的相互作用,不论是否有任何观察者参与这过程。说的更唯心一点,那就是“风动,幡动,还是和尚心动?”
量子力学的非主流说法,始作俑着也是海森堡,他用泊松括号做矩阵乘法,得出一个没有意义的物理量——就是那个位置和动量相乘的玩意儿,结果没人看得懂。后来一群学计算机的美国人发扬光大,不承认薛定谔的方程和概率波,说“弥散”和“坍缩”都是胡扯,他们提出 “多世界理论“ ——注意这也不是胡说,这是量子计算机的理论基础!“ 多世界” 不是大家想象中的“平行宇宙”——事实上,他们认为,宇宙只有一个,“多世界”,是宇宙在不同维度的投影。所以不是不确定事件有确定的结果,但是发生在不同的世界,而观察者只看到一个投影世界中的结果。 他们的意思是——光子不是什么概率波,而是一颗子弹,穿过双缝的时候,我们的世界分裂了,平原甲看到光子穿越左边的孔,平原乙看到光子穿越右边的孔,两个世界继续发展下去。
举个例子,“薛定谔的猫”,箱子打开后,猫不是“生”就是“死”,好像从两种状态“坍缩”到一种状态,函数收敛得到一个定值,但“多世界”理论派认为,不是坍缩了,而是世界分裂了,一个世界中的你看到猫死了,另外一个世界的你看到猫活着。如此而已。