答:算不上恐怖,但是这个实验很神秘。双缝实验是英国科学家托马斯·杨在1807年提出的,该实验证明了光波动性;到了20世纪初,量子力学的出现,给双缝实验增加了新的解释。
光的历史
牛顿是光学的鼻祖人物,在17世纪建立经典力学,认为光是由许多微小粒子组成的粒子流,也就是“光的粒子学说”,该理论成功解释了光的折射、反射等等现象,在后来的100多年时间里,粒子学说一直被视为光的正统学说。
直到1807年,英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验,这一实验证明光是波而非粒子,因为干涉是波的特征,从此,光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。
又过了100多年,光的波动学说遇到一些无法解释的现象,比如黑体辐射、光电效应等等,然后普朗克、爱因斯坦等人,再次把光的粒子学说搬上科学舞台。
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随着量子力学的发展,科学家提出了光的波粒二象性,大物理学家费恩曼曾说过:“双缝干涉是量子力学的核心实验,其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”
双缝干涉
在经典力学的波动学说中,双缝干涉就是对光的波动解释,并没有神秘的地方;但是在量子力学中,双缝干涉就没那么容易解释了,其中有很多地方,科学家到现在都没有弄清楚。
对于该实验,首先量子力学认为,光是由一份一份的光量子组成,每份的能量大小为E=hυ,其中h为普朗克常数,υ为光子的频率。
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一束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝,就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹;该实验的神秘之处在于,如果我们一个一个地发射光子,也能得到干涉条纹,甚至我们把光子换成电子,甚至是分子,也能得到干涉条纹。
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如果从粒子的角度看,粒子穿过单缝后,再次穿过双缝时只有两个选择,应该在屏幕上得到两条亮纹;可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹,说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。
换句话说,单个粒子不是通过了一条缝,而是同时通过了两条缝;你没听错,是单个粒子在同一时间,同时通过了双缝,就好似单个粒子一分为二后通过了双缝,然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。
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该实验的神秘之处还在于,一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝,比如在双缝处加上探测器,那么干涉条纹会立刻消失,就好像粒子知道你对它进行观测了一般。
实验过程的观察与否,居然会影响到实验结果,这是非常令人费解的;当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到:难道在你不观察时,月亮就不存在!
这个解释让人非常难以接受,但这正是量子力学对双缝实验的诠释,无数顶尖级的物理学家,都试想过你能想到的任何可能,最后都认为这个解释是最合理的。
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该实验经过延伸,还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等;比如在薛定谔的猫中,猫死与猫活,对应的就是双缝干涉实验中的两条缝,两个实验本质上是一样的,如果解决了双缝干涉实验,也就解决了那只半死不活的猫。
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