托马斯杨在两百多年前做了一个著名的实验,双缝实验,证明了光以波的形式存在,同时也反驳了牛顿提出的光粒子说。
但是对于托马斯杨的实验,如果把光换成单个的光子(电子或者其他微观粒子)时,就会出现一个令人费解的现象,这个现象牵扯到了现实的本质问题。
这就是著名的双缝干涉实验。
实验的过程是这样的,当科学家朝两条狭缝一个一个地发射单个光子时,光子本身好像同时穿过了两条狭缝一样,自己与自己发生了干涉行为,狭缝后面的屏幕上出现了明暗相间的干涉条纹。
这种现象很难用经典物理来解释:一个电子怎么可能同时穿过两条狭缝呢?
于是物理学家试图用数学的方式加以诠释,认为同时穿过两条狭缝的并不是物理意义上的粒子或者波,而是一种抽象的波函数,波函数代表着光子(电子)的状态,表现出来的就像波。
正是“波函数坍缩”的行为让物理学家们苦恼不已。光子(电子)就好像知道有人要观测一样,在没有观测的时候表现出波的特性,而一旦人类进行观测,就会表现出粒子的特性,干涉条纹消失。
有物理学家就提出了这样的观点,比如海森堡就说到:在任何观测之前是不存在所谓的现实的。
但是,这里有一个最大的问题:到底什么才是观测行为?似乎没有人能给出准确定义,量子力学也是解释不清楚的。
人类的任何测量装置都是宏观的,但宏观与微观到底有没有界限?
有人甚至认为所谓的观测就是人类的意识行为,人类的意识会导致波函数坍缩。于是就出现了“意识是物质世界的基础”这种观点。
随着量子力学的不断发展,人们对波函数坍缩有了更多认识,上世纪80年代,有科学家发现量子世界里的微观粒子数量越多,发生坍缩的可能性就越大,而观测行为只是发现了结果而已。
同时,微观粒子的质量大于某一个特定值(阈值)时,粒子就不能同时穿过两条狭缝,就不会发生干涉。
举个极端的例子,你朝两条狭缝发射玻璃珠,当然不可能同时穿过两条狭缝。
物理学家罗杰斯认为,因为物质质量越大,越容易发生坍缩,这种情况并不需要任何观测行为,与意识也没有关系。
宏观世界的现像我们很容易理解,但到了微观世界,一切都会变得如此不同。最大的问题还是:电子为何能同时穿越两条狭缝?而当人们在狭缝后面进行观测,想看看电子到底是如何同时穿越两条狭缝时,结果电子只会选择通过一条狭缝。
虽然我们每天看到的现实世界非常确定,比如说,你我每天都能看到太阳东升西落,但考虑到宏观世界说到底还是由微观粒子构成的,这意味着无论是宏观世界还是微观世界,都应该拥有相同的大自然法则。
但事实上并非如此,起码目前来看,两者有很大不同,甚至有本质不同。
那么,我们熟知的现实真的存在吗?现实的本质真的像量子世界那样不确定吗?
你我皆有波长,皆是波,但由于波长非常非常短,表现出来就是粒子行为,表现出来确定性。而微观粒子波长相对很长,更容易表现出来波的特性,表现出不确定性。
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