经过一百多年的发展,量子力学早已走进了我们的日常生活。但至今科学家们都没有弄明白量子力学的本质,尤其是量子世界里的很多诡异现象,比如说量子纠缠,电子双缝干涉实验,还有著名的思想实验“薛定谔的猫”。
薛定谔的猫,是一个思想实验。实验很简单,一只猫被放在密封的箱子里,箱子里还有毒气瓶,开关和放射性元素。
由于放射性元素衰变与否完全是量子属性决定的,是非常随机的。更恐怖的是,根据量子力学的不确定性,放射性元素其实处于衰变与不衰变的叠加态。
哥本哈根学派的代表人物波尔是这样解释的,思想实验中的猫是量子猫,它处于生和死的叠加态。当我们打开箱子的一瞬间,猫的生死才会显现出来,也就是说,生或死是完全随机的。
关于薛定谔的猫的争议一直没有停止过,不过目前来看,波尔确实是对的,爱因斯坦和薛定谔错了。
猫的确处于生和死的叠加态,当然现实中不可能存在这样的猫。还有一点,我们打开核子意味着观测,而任何观测行为都会让叠加态坍缩为确定的单一状态。
下面再来看看电子双缝干涉实验。
在我们的传统认知里,电子是粒子,就像一个玻璃珠那样。现在准备一块挡板,挡板上有两条狭缝,挡板后面有接受电子的屏幕。
干涉条纹的出现,意味着发生了干涉,而只有波才能发生干涉,难道电子是波?
接下来科学家们对实验进行了改进,不再发射大量电子,而是一个一个地发射,这样就避免了多个电子在穿越狭缝之后相互之间发生干涉的情况出现。
让科学家没有想到的是,实验结果让他们更懵圈了。干涉条纹还是出现了!每次只发射一个电子,怎么可能会发生干涉呢?单个电子到底在和谁发生干涉?
这样的结果让科学家震撼不已,不敢相信这是真的。但更恐怖的还在后面。
不看不要紧,一看让科学家们吓破了胆:电子好像知道有人在观测它,老老实实地穿过某条狭缝,屏幕上的干涉条纹消失了。
也就是说,不观测电子时,电子表现为波的特性,一旦实施了观测,电子就表现为粒子特性。
波尔给出的解释是这样的:电子一直处于叠加态,也是波的状态,但是当我们观测电子时,电子就会坍缩为粒子状态。
电子的这种特性,也是不确定性的直接体现,说明电子可以随机出现在任何地方,甚至同时出现在两个不同的地方。
所以说,电子双缝干涉实验并不恐怖,但如果你不了解量子力学和叠加态,自然会感到这个实验很不可思议,很恐怖。