您当前的位置: 首页 >  博客资讯

电子如何知道狭缝是开还是合,怎样同时通过两条狭缝?

量子力学的正统解释,哥本哈根诠释,它否定了现实的决定性、因果性和独立于观测者的客观现实性。

玻尔还为科学的目的定了一个基调,说,科学的目的不是,也不能解释自然的本质,而是关于自然,科学能进行怎样的描述。这句话其实就是对哥本哈根诠释的总结。

而在爱因斯坦的科学观里,科学就是用来揭示事物背后的本质,如果科学不能揭示事物背后的本质,那要科学有何用?大家都不用搞科学了,都会回家抱孩子算了。

从爱因斯坦的一句名言中,就能看出爱因斯坦的科学观,他说:大自然最神奇的地方在于,它可以被科学所理解。

可以看出,1927年,以玻尔为首的量子学派和以爱因斯坦为首的经典学派,已经在世界的本质问题上出现了很大的分歧。

那么正好这一年的10月24号,要召开第五届索尔维会议,这样就可以把大家聚在一起对现在的量子力学进行讨论,所以这次会议的主题就是:电子和光量子。

参加会议的人主要分为了三个阵营,以玻尔为首的根本哈根学派,包括波恩,海森堡、泡利,以爱因斯坦为首的经典物理学阵营,包括薛定谔和德布罗意;剩下的就是中立派,多以实验物理学家为主。

在会议中德布罗意就自己的导波理论发表了演讲,说,电子实际上以波和粒子的状态真实存在,电子乘波而来又乘波而去,就像是冲浪运动员一样,波为电子提供了前进的方向和动力,这立刻就遭到了泡利和海森堡的抨击。

这时德布罗意看向了爱因斯坦,给了爱因斯坦一个眼神,希望他能站起来怼哥本哈根学派,没想到爱因斯坦选择了沉默,估计爱因斯坦心里并不支持德布罗意的观点。

德布罗意失望之余,从此以后改旗易帜,转而接受了哥本哈根的解释,和爱因斯坦分道扬镳。

薛定谔在会中也发表了演讲,说了他的波动力学,以及自己对波函数Ψ的解释,薛定谔这个人旗帜鲜明,他一直反对哥本哈根对Ψ的概率解释,和爱因斯坦一直保持着统一的战线。

随后海森堡和波恩发表一份联合报告,说了他们的矩阵力学,测不准原理,物理解释,量子力学的应用,最后它俩总结道:我们认为现在的量子力学已经是一个完备的理论,不需要再对他的物理基础和数学假设做任何的修改。

爱因斯坦这时一肚子的不满快要压不住了,因为他除了接受不了哥本哈根的解释以外,还受不了他们得意的样子,爱因斯坦认为没有一个理论可以声称自己是完备的。

不过这时爱因斯坦并没有起身发言,而是在台下露出了不屑的笑容,笑这些年轻人还是太过幼稚。

就在玻尔发言讲述了自己的互补原理,否定了独立于观察者而存在的客观现实性以后,爱因斯坦终于是坐不住了,他不想再沉默下去。

在这次会议上,爱因斯坦主要攻击了哥本哈根解释的波函数坍缩问题,拿双缝干涉为例,电子在达到感应屏幕之前,它在屏幕上每个位置出现的概率满足波函数Ψ的描述。

也就是说,在每个位置上电子都有可能出现,但是出现的概率不同,那么当电子在选择了一个点出现以后,这个点的概率就变成了100%,那么其他点的概率就瞬间变成了0。

玻尔等人听了以后,一时半会理解不了爱因斯坦想表达什么,因为在他们的心里,波函数的坍缩就是一个瞬时的选择过程,不需要对其进行描述和说明。

而且电子的波函数本身就不代表任何的物理实在,它不是一个真正的波动,所以不存在物理学中超光速的问题。

爱因斯坦还对电子在双缝前的表现提出了质疑,当存在双缝的时候,电子可以产生干涉条纹,当关闭一个夹缝,干涉条纹就消失了,这是为什么?

还有两个夹缝之间的距离虽然很窄,但是对于电子的体积来说,仍然像是隔着十万八千里,那么电子是如何知道另一条缝是开还是合?

这个问题难不倒玻尔,玻尔说双缝实验正是体现互补原理最好的证明,当电子到达双缝前,它并不是一个粒子,也不是一个波,而是一个抽象的几率波,没有物理实在。

这时电子的几率波可以同时通过任何可能的路径,通过的几率波又会互相叠加,改变电子在每个位置出现的概率。

当电子到达双缝前,只有一个夹缝的时候,它的几率波就只能选择一个路径通过,但是这时由于我们准确地测量了电子的路径信息,这是粒子才具有的信息,所以电子的波函数就会塌缩,电子表现出粒子性,因此干涉条纹就消失了。

也就是说,当我们试图获取电子的路径信息的时候,就是对电子粒子性的测量,这时就不会出现干涉条纹。也就是说,路径信息和干涉条纹也是两个互补的量,我们只能在同一实验中,看到其中的一个。

玻尔还顺便提出了一个思想实验,就是我们常常听说的,在双缝安装一个探测器,看电子到底是通过了哪条狭缝,这种想看电子路径的实验,都会导致干涉条纹的消失。

不过这种装探测器的实验只是个思想实验,并没有人能够做出来。而在往后关于电子双缝干涉实验的变种实验中,只要是我们想获得电子的路径信息,比如已经做出来的延迟选择实验,量子擦除实验,这些实验结果都符合玻尔互补原理的描述。

还有我们总想不通的是,电子是怎样同时通过两条狭缝的,其实根本的原因还是,你总是把电子想象成了一个小球,一个物理实在。

哥本哈根的解释已经说得很清楚了,在没有测量电子的时候电子没有任何实在性,它不是粒子,也不是真实的波,而是一组虚无缥缈的几率幅。所以它能同时通过两条狭缝并不奇怪。

如果你非要想象一个小球,同时经过了两条狭缝,那肯定会感觉违反常识。

总之,还是我之前说的,只要你理解了哥本哈根诠释,双缝干涉实验其实一点都不神奇,那些整天说,双缝干涉实验恐怖,观测改变了实验结果,现在改变了过去,其实都有点老营销的味道。

如果你从开始到现在,把量子史话一直看下来了,那么关于双缝实验的一切困扰都将烟消云散。

虽然爱因斯坦所提的问题,都被玻尔化解了,但是这并没有改变爱因斯坦对量子力学的态度,3年之后,他再次向哥本哈根学派发难,这次攻击的是,海森堡的测不准原理,希望证明量子力学的不一致。