讓物理界困惑一個世紀的詭異現象
量子力學中的量子糾纏表明,兩個微觀粒子可以在瞬間產生互動,哪怕是相隔十分遙遠,速度是瞬間的,遠超光速,這已經很讓人覺得難以置信了,但微觀世界還有更奇怪的事情,最著名的一個量子物理實驗表明,一個物體能同時出現在兩個地方,這讓偉大的愛因斯坦都感到困惑。
在極小的尺度里,不僅信息傳播速度超過光速,而且人類的觀察似乎能決定結果。在量子力學裡,你觀察與否,結果的表現會截然不同,這個深奧的結論原子雙縫干涉實驗。
一個世紀前,科學家開始了首次實驗,讓電子穿過有兩道狹縫的金屬板,電子通過狹縫投射到後面的屏幕上。我們都知道電子是粒子,正常情況下屏幕上會出現兩道狹縫,這與我們在現實中的理解一樣!
但實驗結果出於意料,屏幕上出現的是多條條紋,類似波的干涉條紋,這讓人百思不得其解。電子在撞擊屏幕之前還是粒子,但從屏幕上的團來看,好像單一的電子在同一時刻通過了兩條狹縫!難道微觀粒子不由自主地克隆了自己?
經過多年的研究,科學家阿門還不能確定到底是什麼原因。在量子世界,一個物體可以同時存在於多個地方。為了理解這個令人驚異的實驗結果,科學家們決定觀察單個電子在通過雙縫時的表現,看困難電子到底是怎麼同時通過兩條狹縫的!
而這時驚人的一幕出現了!
當科學家觀察雙峰的時候,電子錶現的就像粒子,在屏幕上形成了兩條狹縫,而不再是多條,更符合現實中我們的體驗。但是當科學家把觀察儀器從雙縫拿開,看到的電子卻像波一樣,在屏幕上形成的圖案再次變成多條幹涉圖案!
這很奇怪,因為結果似乎取決於你有沒有在觀察那些電子,如果觀察了,電子錶現的就像粒子,如果沒有觀測,電子就會表現出波的特性,但是這兩種情況不能同時出現!這樣的結果只能用震驚來形同,人們的觀察行為似乎改變了次原子粒子的性質!
為什麼我們觀察與否會改變事物的行為呢?
有一個技術上的解答。要得出結論,我們必須跟系統互動,比如說,需要用光線照射它,然後我們看到了反射回來的光線,是用光線照射才知道的。對宏觀的物體來說,光線的影響微乎其微,但對微觀粒子,光線射上去會引起其位置和移動方式的變化。
在微觀世界裡,光子與次原子粒子受到光線照射時影響很大,但這樣的解答還是回到不了下面的問題,為什麼光線不直接改變次原子的方向呢?為什麼觀察行為會改變觀察對象的性質呢?
這是量子力學根本性的謎團,也是量子力學最難理解的地方。我們盯著看,看到的是粒子,不盯著看,看到的卻是波!這些問題在一個世紀前就被提出來了,讓最聰明的科學家也感到十分困惑!
愛因斯坦說過,他不相信量子力學,因為他相信不抬頭看月亮,月亮還是會在那裡的。當然,愛因斯坦的意思是說,按照量子理論,除非你去看它,否則月亮根本就不存在!
但是,雙縫實驗的結果,其令人難以置信之處遠不止於此。由於近年來的技術進步,科學家們讓那個實驗來了一個華麗的演變,其結果挑戰了我們對時間本身的認知。
就像是雙縫實驗的高科技版本,電子沖向開有雙縫的屏幕,科學家們改為觀察電子穿過雙峰之後撞擊屏幕之前的相關表現。在那一剎那,電子就是粒子,而且從離開電子槍的那一刻起就一直都是粒子,電子就好像回到了還沒有穿過縫隙的時候然後決定具體穿過哪一條縫,而不是像波一樣同時穿過雙縫,這讓人瘋狂!
這是真正的困惑所在,就是說我們的選擇決定了電子之前的狀態,我們不知怎麼就影響了它,似乎產生了時光倒流的現象!
科學家們還不了解那種微觀謎題對於時間旅行以及改變過去的意義何在。但非常確切的是,次原子世界的運行規律說明微觀宇宙如同科幻小說一般充滿著神秘!更深層次的意義是,其實量子物理可能會讓人感覺現實只不過是我們想像出來的而已!
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