量子力学的疑问

按照人类的常规思维逻辑，我们一定会不假思索地回答意识的存在影响结果本身。

但事实真的是这样吗？

量子领域的想象

如果我们现在要谈所有的结果都是注定选择好的，不管我们的意识和选择是什么，最后的结果已经决定了。人们会怎么想？

在现代物理学中，很少有科学实验像双缝实验's,那样令人愤慨，它向物理学界传达的最直接的信息之一是：

光和物质既可以作为波，也可以作为离散的粒子,这取决于他们是否被观察到。

尽管如此，双缝干涉实验的过程和结果仍然是量子力学中的一大谜团。

双缝干涉下的光场

为了理解双缝实验证明了什么，我们不得不从量子力学中寻找答案。

1925年，维尔纳海森堡向梅克斯玻恩提交了一篇论文综述，该论文展示了如何测量亚原子粒子的属性，如它们的位置、动量和能量。

沃纳海森堡和他的物理学

玻恩说这可以用数学矩阵来表示，单个粒子有明确的凸形和描述，这为后面的量子力学矩阵描述奠定了基础。

与此同时，薛定谔发表了他的量子力学波动理论。在他的理论中，粒子可以定义为波动方程。

也就是说，粒子其实是波.

科学家对量子力学的进一步研究产生了& quot波粒二象性&quot，这也是量子力学的定义特征之一。

根据这个概念，亚原子实体可以描述为波和粒子，但这取决于观察者如何测量它们。

量子粒子和它们自身之间的干涉

在普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔等人的工作下，现在的科学理论认为所有的粒子都呈现涨落，反之亦然。

此外，挥发性的表现不仅在基本粒子中得到验证，在原子甚至分子维度更大的复合粒子中也得到了验证。

然而，在宏观粒子,由于波长太短，通常不可能通过科学实验探测到波浪的特征。

双缝实验中的粒子

观察者决定量子实体如何显现,如果我们试图测量一个粒子的位置，当我们测量这个粒子的位置时，它就不再是波了。

但如果我们试图定义它的动量，人们会发现它的行为像一个波。

科学家不能确定它的位置，除非它存在于波浪中。

本质上，把它作为粒子或波来测量，决定了它会以什么形式出现，而双缝实验就是证明这种波粒二象性的最简单例子。

由单一波长的光产生的干涉图样

是波还是粒子？

自英国科学家托马斯杨于1801年首次进行实验以来，这个问题已经困扰了科学家200多年。

杨的实验使他发现

如果我们把一束光照射在有两条平行狭缝的墙上，假设这束光只有一个波长。

当光线穿过狭缝时，每个狭缝中会出现一个新的光源，分离后出现在另一侧。

来自每个狭缝的光将衍射并与来自另一个狭缝的光重叠，并相互干涉。

托马斯杨的肖像

光会像波一样出现,不管是声波、光波还是穿过水的波。

当波峰撞击波谷时，它们将相互抵消，这被称为任何波都可以产生干涉图案,并将显示相消干涉.

峰顶撞峰顶，会互相放大。

这叫做暗带，将展示相长干涉.

亮带和暗带的组合称为& quot亮带"可以在狭缝对面的墙上或屏幕上看到。

对于量子实体，如光子或电子，尽管它们也是干涉图案,如果它们通过双缝发射一个光子会发生什么？

实验中光子的条纹干涉图显示，单个粒子的行为就像穿过两个狭缝，这使得它的行为像一个波。

平面波的双缝衍射图样

如果在狭缝前放置一个探测器，可以观察到光子，当探测到的光子通过时，探测器就会点亮，探测过程中探测器会有50%的时间点亮。

这时，留在屏幕上的单个光子看起来像两根磨光的杆子。

如果在图案会发生变化,光子通过狭缝后被探测到，也会得到同样的结果。

这意味着即使光子以波的形式穿过两个间隙，墙后面设置探测器.

粒子碰撞使得波的干涉图案可见。

不仅如此，来自另一个缺口的第二波也会坍缩回来，通过另一个缺口被探测到。

相关的实践表明，通过双缝隙射出的单个光子越多，探测器在50%的时间里越接近探测到光子。

这就好比抛硬币会随着抛投次数越多，正反面的概率会越接近50%。

这似乎说明，宇宙以某种方式同样在观察实验者，双缝中的实体量子态也受概率定律支配，因此科学家们无法确定一个物体的量子态是什么。

检测器的时间50%图案看起来会像这样

显然，波和粒子产生了截然不同的模式，它们本应该很容易地被区分。

可一旦进入量子力学领域，事情便会出现这种诡异的情况。

原子尺度上，如果我们进行单缝实验，并将光子发射到传感器屏幕上。

光子会在屏幕上显示为一个点，这时我们可以认为光子是粒子。

粒子的最终位置会大致相同

可一旦打开两个狭缝，就会出现干涉。

如果单个地发射光子，如果它们没有机会互相干扰，那它们会表现得像粒子还是波呢？

二重奏

这便是双缝实验最恐怖的地方，起初光子会以随机散射的方式出现在屏幕上。

但随着光子越来越多，干涉图案开始出现，每个光子本身都会对整体波状造成影响。

按理来讲，一次发射一个光子，它们之间不应该出现干涉才对。

一次性发射和单个发射结果一样

缝隙、光子、探测器都是相同的情况下，探测器关闭后，粒子状图案便不会出现。

此时，粒子的表现会再次在屏幕上形成波状的干涉图案。

当我们不去观测它的时候，它是波，当我们观测它的时候，它是粒子。

不去观测它，粒子就是正常的

光子似乎知道它们处于波态中会去向哪里，就像影院中观众没有分配座位就出现了，但每个人却又知道自己该坐哪里。

粒子的所有可能路径都可以相互干扰，即使实际存在的路径只有一条，所有现实同时存在，直到最终结果出现。（这类似于叠加态概念）

双缝实验在哥本哈根解释中，玻尔和海森堡为其提供了一种看法。

但两人关于量子力学的看法并不统一，玻尔提供了一种独立于主观观察者或测量的解释崩溃，它依赖于一个“不可逆”过程，并可能发生在量子系统中。

海森堡则强调观察者和被观察者之间的“切割”，两者无法真正观测到彼此。

另一个重要问题便是波粒二象性，两人的看法在实验本身和数学定义种出现了分歧。

哥本哈根解释否认了波函数提供了普通物质体的直接可理解的图像，或某些此类物质的可辩别成分。

从波函数来看，它是一个数学实体，它为系统上每个可能测量的结果提供概率分布。

而量子态的知识还有系统随时间演化的规则，含进了所有可预测的系统行为。

答案究竟会是什么？

也就是说，观测和测量物体的行为不可逆，除非根据物体的测量结果，否则不能将任何真理归因于物体。

双缝实验的观测和结果可以同时存在，观测本身就会导致粒子发生变化，从而影响结果。

换位到哲学中，选择意识是否还具备重要性，结果是否重要。

如果说意识会影响结果，可结果在一开始就被定下，那选择是否还有意义？这便是量子力学在今天给人们带来的思考。