物理史上最奇怪的實驗之一:單粒子雙縫實驗,帶你深入了解

物理史上最奇怪的實驗之一:單粒子雙縫實驗,帶你深入瞭解

上次大家很多不明白單粒子是如何產生的干涉條紋的,這次我們進一步說一下這個奇怪的現象。

大家知道了也會產生干涉圖,而且這很正常,因為它表現了它(光)是波的特性(既然水波能產生干涉圖,所以自然光波也會產生干涉圖了)。但是對於單粒子雙縫實驗很多人都感到匪夷所思。

物理史上最奇怪的實驗之一:單粒子雙縫實驗,帶你深入瞭解

我們要知道的是,光子組成了我們所見的光,而光子是由不可分割的一小束電磁能量組成,所以每個光子都是一小段波,並且不可再分割成更小的部分了。

‍這意味著什麼呢?‍

每個光子必須決定要穿過的是哪一條縫隙,而光子本身無法分成兩半後再拼接起來,這麼說來只要有兩個以上的光子,理論上出現干涉條紋就應該不是問題了。例如,將兩個光子分別射入擋板的兩條縫隙,理論上它們就會在縫隙後進行干涉,最後形成干涉條紋。

而每個光子都在前面屏幕上的特定位置都能被檢測到,它們的能量都傳遞在一個點上,所以都能表現出特定位置的粒子性。

但令我們匪夷所思的事情來了,在實驗每次只發射一個光子時,不斷髮射多次後,前面的干涉條紋依然會出現!這太詭異了。

物理史上最奇怪的實驗之一:單粒子雙縫實驗,帶你深入瞭解

這裡要知道的是:

  • 每個光子把全部能量傾注於一點

  • 條紋與每個光子的能量如何傳遞沒關係

  • 條紋是許多完全不相關的光子的最終位置分

為什麼會是這樣的呢?

實驗中,我們知道的是,不斷髮射的光子都不會知道它們前後的光子落點會在哪裡。但是好像每個光子都知道它們落點最可能會在哪個區域,或者更像是它們都知道穿過兩條縫隙會產生干涉條紋,所以它們才根據這個選擇屏幕上的落點。

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但是而後的實驗證明,不止是光子具有這樣的現象,其它粒子同樣也是!

不斷髮射單個電子,同樣也能在屏幕上產生干涉條紋。甚至後來用到了整個分子,同樣能觀察到干涉條紋。還有其它的大分子,結果顯示它們都能在特定條件下觀察到雙縫干涉條紋產生。

到這裡,物理學家們不得不承認,不管是光子,電子,還是分子等,它們好似都是以某種波穿過了兩個縫隙,然後它們又和自己干涉形成干涉條紋。

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只不過在單粒子雙縫實驗中,圖形的峰值顯示了粒子更有可能出現的區域,它們看起來像一個可能的不確定自己位置的波。但是又由於某種原因,它們在某些地方又選擇了一個確定的位置,所以就產生了干涉條紋。

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這麼說可能讓大家感覺更為奇怪了,但是科學家有多種量子力學闡釋都在嘗試著解決這個奇怪的問題,如果您瞭解奇怪的單粒子雙縫實驗,那下一篇則是更為奇怪的

哥本哈根詮釋,將會對這個現象作出解釋。


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