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问题是:根据波动理论,斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加;而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝,穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉?
难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个?一个光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手发生了关系?事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休,我们倒要看看,光子究竟是怎样穿过缝的。
第三次实验:在屏幕前加装两个摄像头,一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子,就说明光子穿过了哪条缝。同样,还是点射模式发射光子。
结果:每次不是左边的摄像头看到一个光子,就是右边看到一个。一个就是一个,从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。
大家都松了一口气。光子确实是一个个粒子,然而在穿过双缝时,不知怎么就会变形成两道波同时穿过,形成干涉条纹。
虽然诡异了些,不过据说这就是波粒二象性了,具体细节以后再研究吧,这个实验做得人都要精分了。
然而,就在这时,真正诡异的事情发生了……
人们这才发现,屏幕上的图案,不知什么时候,悄悄变成了两道杠!
没用摄像头看,结果总是斑马线,光子是波;
用摄像头看了,结果就成了两道杠,光子变成了粒子。
实验结果取决于看没看摄像头?
这不科学啊,做物理实验竟然见鬼了啊!
一个貌似简单的小实验做到这份上,波和粒子什么的已经不重要了,重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。
这是有史以来第一次,人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。观察者魔咒
你还没看出灵异在哪里?
好吧,请先看懂下面这个例子:
电视里正在直播足球比赛,一个球员起脚射门——
「咔」暂停,你预测一下这个球会不会进?
在球迷看来:球进还是不进,和射手是不是
罗、梅西有关,和对方门将的状态有关,和裁判收没收钱说不定还有关。
在科学家看来:有关的东西更多,比如球的受力、速度和方向,距离球门的距离,甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。
不过,只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算,完全可以精确预测三秒后球的状态。但无论是谁,大家都公认的是,球进与不进,至少和一件事情是绝对无关的:
你家的电视。
无论你用什么品牌的电视,无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏,无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡,当然更无论你看不看电视直播——该进的球还是会进,该不进就是不进,哪怕你气得把电视机砸了都没用。
你是不是觉得,上面说的全都是废话?那么,仔细听好:
双缝干涉的第三次实验证明了,在其他条件完全相同的情况下,球进还是不进,直接取决于在射门的一瞬间,你看还是不看电视!
看还是不看,这是一个问题!
光子从发射器射向双缝,就好比足球射向球门;用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法,就好比用电视机看进球。
第三次实验与第二次的唯一区别,就是实验
开了摄像头观察光子(看电视),实验
没放摄像头(不看电视)——两次实验的结局竟截然不同。
这,就是观察者的魔咒。
难道说,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬间变成粒子?
难道说,「光子是什么」这一客观事实,是由我们的观察(放不放摄像头)决定的?
难道说,对事物的观察方式,能够改变事物本身?三观崩塌
在所有人懵逼的时候,还是有极少数聪明人,勇敢地提出了新的理论:光子,其实是一种智能极高的外星
机器人。
之所以观察会导致实验结果不同,是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了,如果发现有摄像头,它就变成粒子形态;如果发现是屏幕,就变成波的形态。
这个理论让我想起了传说中的:
难道机器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日语「アトム」的发音直译,词语源自英语「
」,意即「原子」)
这种扯淡理论居然没被口水喷死,还要做实验去验证它,可见科学家们已经集体懵逼到了什么地步。
第四次实验:
事先,只有屏幕没有摄像头;
我们算好光子穿过缝的时机,等它穿过之后,再以迅雷不及掩耳之势加上摄像头。(等效于
年惠勒延迟选择实验)
结果是啥?
无论加摄像头的速度有多快,只要最终加上了摄像头,屏幕上一定是两道杠;反过来,如果一开始有摄像头,哪怕在最后一刻秒秒钟撤掉,屏幕上一定是斑马线。
回到看球赛的那个例子,就好比:我先闭上眼睛不看电视,等球员完成射门、球飞出去
秒钟后,我突然睁开眼睛,球一定不进,百试百灵。
在你冲出门去买足彩之前,我先悄悄提醒你:这种魔咒般的黑科技,目前只能对微观世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球这样的大家伙,量子还做不到啊!
请注意,加不加摄像头,是在光子已经穿过双缝之后再决定的。不管光子在穿缝的时候变成什么形态,过了缝应该就定型了。
既然光子的状态在加摄像头之前就定型了,为什么实验结果还是能在最后一刻发生变化?
难道说,在之后做出的人为选择(未来),能够改变之前已经发生的事实(历史)?
而且,加摄像头的速度,可以做到非常快(
纳秒)。就算光子真的是个狡猾的微型变形金刚,当它变成波的形态穿过双缝,在最后一刻却发现面前是一个摄像头时,它也来不及再次变身了吧?
「主观决定客观」「未来改变历史」「外星人其实是无处不在的光子」……
好端端一个实验弄得谣言四起,物理学家们纷纷感到几百年来苦心经营的科学体系正在崩塌。
与之一起崩塌的,还有全人类的三观。
量子魔法时代的大幕,正在徐徐拉开。
为了一只猫的死活,
年前的天才哲学家,学历最高的足球运动员,撩妹无数的量子力学教授……他们都在纠结个啥?
另一些人,却恰恰相反——他们做任何事,都是为了纠结,下面我要说的,就是另一些人的故事。学历最高运动员
年夏天。
丹麦,哥本哈根。
一名足球运动员正在思考自己的前程。
岁,是时候做个决定了。比自己小两岁的弟弟,已经成为国奥队的中场核心。在刚刚结束的伦敦奥运会上,哈那德·玻尔率丹麦队
:
血洗法国队,斩获银牌创造「丹麦童话」,一夜之间成为家喻户晓的球星。
而我,作为丹麦最强俱乐部——哥本哈根
队的主力门将,居然从未入选国家队,这简直是一种耻辱。
国家队大名单里怎能没有我?
教练说我什么都好,唯一的弱点是喜欢思考人生。
上次和德国米特韦达队踢友谊赛,对手竟敢趁我在门框上写数学公式的时候,用一脚远射偷袭,打断我的思路!最后一刻不还是被我的闪电扑救解围,要是后卫早点上去堵枪眼,那场球踢完就可以交作业了。
是成为世界最伟大的门将,还是成为世界最伟大的物理学家,这是一个问题,我需要纠结一下。
第一章里我们讲到,
多年前,为了搞清光子究竟是波还是粒子,科学家们被一个貌似简单的「双缝干涉」实验弄到集体「精分」。
这个实验明白无误地说明,&#
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;光子既可以是波,也可以是粒子。
至于它到底是什么,取决于你的观测姿势。
装摄像头观测光子的位置,它就变成粒子;不装摄像头,它就是波!
我们曾经天真地以为,无论用什么样的姿势看电视直播,都不可能影响球赛结果,可是在微观世界中,这个天经地义的常识好像并不成立,这就是那么多高智商理工男懵逼的原因。
但是在玻尔看来,将宏观世界的经验常识套用到微观世界的科学研究上,纯属自寻烦恼。
通过常识,我们可以理解一个光滑小球的物理属性;但是凭什么断定,组成这个小球的万亿亿亿个原子,也一定有着和小球完全相同的属性?
凭什么在微观世界中,原子、电子、光子,一定要遵循和宏观世界同样的物理法则?
一般人纠结的问题无非是:量子世界的物理法则为什么这么奇怪啊……
只有天才,能够直截了当问出关键问题:这些法则是什么?
严格来说,量子理论是一群人,而不是一个人创立的。但是如果一定要选出一个「量子力学代言人」的话,我觉得非玻尔莫属,因为当别人纠结的时候,他第一个想通了。
通过前面那些烧脑的实验,玻尔总结了量子世界的三大基本原则:
在量子世界,一切事物可以同时处于不同的状态(叠加态),各种可能性并存。比如,在双缝干涉实验中,一个光子可以同时处在左缝和右缝。这种人类无法想象的叠加态,才是最普通不过的本质形态;而在我们看来「正常」的非黑即白,才是一种特例。