一個簡單物理實驗,卻得到顛覆認知的詭異結論,甚至讓人懷疑宇宙?

王雪嵩 2021/03/22 檢舉 我要評論
 
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科學是人類認識世界的工具,它並不關心誰創造了世界,它在乎的是世界運行的法則和規律。不過科學雖然作用巨大,但它也並非「全知」和「全能」的,還有許多問題一直困擾著科學家們,比如一個看似普通卻得到匪夷所思結果的「雙縫干涉實驗」。

雙縫干涉實驗完美展示了量子力學中兩個最為「玄學」的概念——疊加態和測量。而最初設計該實驗的目的,僅僅是因為科學家們想弄清楚光到底是波還是粒子。

因為牛頓對於「波動說」的不認可,直接導致「波動說」在18世紀暗無天日,而這一切都在19世紀開頭發生了變化。

1801年,物理學家湯瑪斯·楊(Thomas Young)進行了一個實驗。他用一束髮散的光照射一個開有兩條平行豎縫的板,板後面放置了一塊探射屏,用於觀察光投射的形狀。按照常規思維,如果光是純粹的粒子,那麼當光直直從縫隙中穿過後,後方應該僅會留下兩道狹窄的光條,因為其他光子都被木板擋住了。

可實際探射屏上顯示的並不是兩狹窄的光條,而是像斑馬線一樣的明暗相交條紋,要知道這種被稱為「干涉衍射」的斑馬線條紋只有在光是波的前提下才能出現,所以這個實驗的結果讓支持「波動說」的人大受鼓舞。

其實整個實驗到這裡還很正常,它就是一個驗證「光是波還是粒」的普通物理實驗,可接下來得到的實驗結果,卻讓所有人都感到難以置信和匪夷所思。

這回不用發散的光束直接照射雙縫,而是改用能夠發射單個光子的儀器,將光子一個一個的發射出去。按照常理,探射屏上此時出現的應該是兩條縫了,但經過長時間的累積實際出現的卻還是明暗交替的斑馬紋(干涉條紋),並且探射屏上的光子越多斑馬紋就越清晰。

這種詭異的情況究竟是怎麼回事?原來是光子自己和自己進行干涉,而能夠這樣操作的不僅僅是光子一種,包括電子在內的很多粒子都能夠進行自我干涉。

到這裡整個實驗中最詭異的情況出現了,為了弄明白光子究竟是怎麼做到自己和自己干涉的,科學家們在旁邊放置了觀測設備。當觀測設備正常運行時,探射屏上的斑馬線條紋卻詭異的消失了,取而代之的是兩條普普通通毫無變化的光束,粒子似乎知道自己正在被觀察,於是選擇了「正常」的表現。

這就好比在一個沒有任何觀察者的密閉房間中,橘子呈現出的是橘子的模樣,而當它被觀察時又瞬間變成了橘子汁,這顛覆認知的變化怎能不讓人感覺到詭異?怎麼會出現這種奇怪的情況呢?這就涉及到量子力學中最為「玄學」的概念之一——「疊加態」。

在沒有觀察者的時候,粒子處於既從這條縫中通過又從那條縫中通過的疊加態中,因此才可以自己和自己進行干涉。而一旦旁邊出現了觀察者,疊加態就會立即坍縮成一個固定的路徑,最終在探射屏上呈現出「正常」的狀態。

為什麼粒子好像知道自己正在被觀察呢?是這些微觀粒子擁有自己的意識,還是人類的意識真的能夠決定物質呢?科學家們還在探尋答案的路上緩步前行。

事實上,這個物理實驗最讓人感到害怕的不是粒子做出的選擇,而是其中透露出的一個細思極恐的可能——眼前的世界或許不是世界真實的模樣,而是現在所使用的觀察方法讓我們看到的世界。

 

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