物理學往事 詭異的雙縫干涉實驗，究竟蘊含了什麼樣的秘密？

提起薛定諤的貓 就不得不提一個顛覆世界觀的物理實驗 早在二十世紀 科學家們就一直在糾結一個問題 光究竟是波還是粒子 對此 科學家們決定做一個實驗 在一塊隔板上開兩條縫 讓光從兩條縫中穿過 觀察後面屏幕上的光斑 發現光從兩個孔穿過之後互相影響 會像水波紋一樣形成一道斑馬線 從而得出光具有波動性 要知道 在整個十八世紀 以牛頓為主的物理學界 普遍認為光只有粒子性 所以實驗結果應該是出現兩條亮板 而不是波動性特有的干涉條紋 但事實卻擺在那裡 這就是著名的雙縫干涉實驗 而堅持光是粒子的科學家 進行了第二次實驗 讓光子切換成點射模式 確保每次只發射一個光子 隨著積少成多的光子發射 屏幕上漸漸顯現出了斑馬線條紋 根據波動理論 斑馬線來源於雙縫產生的 兩個波源之間的干涉疊加 而單個光子要麼是穿過左縫 要麼是穿過右縫 而穿過一條縫的光子 到底是和誰在干涉 這便是量子力學中的第一個定律 疊加態 而薛定諤的貓 其實就是因為薛定諤不相信疊加態 他把量子效應放大到了日常世界 就為證明一隻不死不活的疊加態的貓 在現實世界中實在過於荒謬 對此科學家決定做第三次實驗 這次在雙縫前加裝兩個探測器 來記錄光子究竟穿過了哪個縫隙 同樣還是點射模式發射光子 通過探測發現 光子確實是從左縫或右縫單一通過 也就是說光子並沒有一分為二 而就在科學家們對單個光子穿過縫隙後 到底跟誰在干涉而困惑時 詭異的事情發生了 屏幕上的條紋不知道什麼時候變成了兩道槓 之後又重複了多次實驗 在不加裝探測器時 結果總是呈現斑馬線 說明這時光以波的形式出現 而加裝探測器結果變成了兩道槓 說明這時光以粒子的形式出現 該實驗證明 光的性質取決於你是否觀察了它 1905年 愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋 人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質 後來演化成了微觀粒子的基本屬性之一 波粒二項性 即光子處於粒子和波的疊加狀態 但在1979年 約翰惠勒提出的延遲選擇實驗 卻顛覆了物理學的因果律 他繼續之前的雙縫干涉實驗 而這次在屏幕前加上探測器 最後發現 只要加上探測器 屏幕上一定是兩道槓 反之 哪怕光子在投射屏幕前的最後一刻 撤掉探測器 屏幕上一定是斑馬線 原因在於 探測器是否對穿過干涉縫隙後的光子產生了影響 說明在這次實驗中 果決定了 也就是說 在微觀世界中 未來確實能改變過去 對此 量子理論之父 尼爾斯波爾說了一句著名的話 在觀測發生之前 沒有任何物理量是客觀存在的 這時 你發現 這一切都能得到解釋 這便是量子力學的神奇之處 而在延遲選擇實驗後 物理學界沒人不再相信量子力學