雙縫衍射實驗中,一個電子同時穿過兩條縫隙的言論可信嗎?有什麼科學依據?

姠左轉


答:一個電子同時穿過兩條縫的說法,是有科學依據的。


在量子力學中,有許多神奇的實驗,雙縫干涉就是其中之一;目前量子力學的正統解釋,描述一個量子同時穿過了兩條縫,這樣的解釋非常讓人詫異,我們來深度解讀一下其中的原因。

單縫實驗

在量子世界中,無論是光子、電子、還是原子,都具有波粒二象性;目前實驗室能做到發射單個光子,或者發射單個電子的技術水平。

我們先來看單縫打開的情況,假設我們把雙縫中的一條縫遮住,同樣一個一個地發射光子,就有兩種情況:

(1)遮住下縫時,穿過上縫的光子,會在上縫後邊形成亮斑,我們叫做單縫亮斑1;

(2)遮住上縫時,穿過下縫的光子,會在下縫後邊形成亮斑,我們叫做單縫亮斑2;

一切看起來都沒有問題,然後開啟我們的雙縫實驗。


雙縫疊加

我們精確調整雙縫的距離,使得單縫亮斑1和單縫亮斑2,在理論上疊加後,形成下圖的疊加圖樣1:

我們用經典思維分析,如果一個一個地發射光子,光子要麼穿過了上縫,要麼穿過了下縫,概率分別是50%,那麼區間[a,b]內是亮的,因為這是兩個單縫亮斑的疊加區域。


實驗結果

以上分析看似非常合理,可是實驗結果完全出乎意外,精確調整實驗參數值,當雙縫都打開時,得到的圖樣不是單縫亮斑1和單縫亮斑2的經典疊加,而是得到了雙縫干涉圖樣。

我們來看點①,居然沒有光子落到這裡,這裡變成了雙縫干涉的暗條紋處,這是非常不可思議的。

試想在單縫實驗中,如果光子穿過上縫,有概率落到這裡,如果穿過下縫,也有概率落到這裡,現在兩條縫都打開了,按理說落到這裡的概率更高,至少比沒有疊加的地方高才合乎常理。

就好像買刮刮獎,買第一張中獎概率是1/10,買第二張中獎概率也是1/10,如果我兩張都買,按理說我的中獎概率更高(1-0.9*0.9=19%);可是在量子力學中,只要你兩張都買,不好意思,你的中獎概率變為了零。

在經典世界中,這是非常不合理的,既然不合理,那麼到底是哪錯了呢?我們一個一個地發射光子,光子又是如何知道點①是雙縫干涉的暗條紋處呢?

既然單縫是沒有問題,那麼好,我們在兩個縫處都裝上探測器,看看光子到底經過了哪條縫;結果一旦裝上探測器,雙縫干涉條紋消失,變成了經典力學中兩條單縫亮斑疊加。


量子力學解釋

你可以想想你能想到的任何辦法,看看能否解釋這一現象;目前量子力學正統理論(根本哈根詮釋)認為,該現象的物理解釋,就是單個光子同時穿過了兩條縫,然後兩個路徑進行疊加,在屏幕上形成了滿足干涉圖樣的概率分佈。

換句話說,單個光子或者電子,在穿過雙縫前一分為二,然後進行自我干涉了,但是這種一分為二的現象,無法進行探測,你不可能在兩條縫處探測到同一個光子的兩個分身,因為你一旦探測,量子的波函數就坍縮了。

這一解釋能很好地描述雙縫干涉實驗中的物理現象,但是也帶來很多挑戰;比如量子延遲實驗,你不是同時穿過兩條縫嗎,那我等你穿過縫後再進行探測,看你到底是穿過了兩條縫,還是隻穿過了某一條縫,結果這一實驗導致了因果關係的顛倒,目前也沒有令人信服的解釋。

總之,目前關於量子雙縫干涉實驗,最好的物理解釋,就是認為同時穿過了雙縫,或者說兩條縫對單個光子的行為都有影響,如果放棄這一解釋,你將陷入無法解決的困境。


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艾伯史密斯


錯誤明顯的雙縫干涉實驗解釋忽悠愛因斯坦及一些科學家


滬生泉
2018-03-2010:48

圖一:

托馬斯的雙縫干涉實驗:從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋,這就是現在眾人皆知的雙縫干涉條紋。

圖二:

量子力學雙縫實驗與托馬斯的雙縫干涉實驗類似:小分子的物質(光子、電子、或任何原子大小的物質)被推射向一面有兩條縫的屏幕。一架高像素的相機會在屏幕另一端記錄光子落下的地點。

這兩實驗都得到了“干涉”的現象。那麼,這是什麼干涉現象呢?這就是從水波干涉實驗中得到的“波干涉”現象。

那麼,水波干涉實驗是怎樣的呢?

圖三:

水波干涉實驗:在水平面上,安裝兩隻相同的振動源,同時開啟後,就能看兩水波干涉。

顯然,上述三實驗,只有水波干涉是出現在水平面的,而量子力學雙縫實驗與托馬斯的雙縫干涉實驗的波是出現在垂直水平面的面上。再說,量子力學雙縫實驗與托馬斯的雙縫干涉實驗很像用高壓水槍噴射有兩條縫的牆一樣。然而,高壓水槍噴射出的水,不再是波動,而是以水粒狀運動。

由此可見,量子力學雙縫實驗與托馬斯的雙縫干涉實驗所獲的干涉,說成是波干涉是沒有道理的,而且,是非常錯誤的。

那麼,應該如何解釋量子力學雙縫實驗與托馬斯的雙縫干涉實驗呢?假如大家感興趣,那麼,我願意與大家共同探究。


滬生泉


雙縫干涉電子同時通過兩條狹縫,這是通過實驗得到的現象,不是人為提出的理論,不需要的證明其是否正確,因為實驗就是檢驗真理最好的辦法!

人們只能接受實驗結果,並努力的去解釋接受一個匪夷所思的現象。

電子具有波粒二象性

一開始被認為具有波動性的光,被發現具有粒子態,後來科學家一直認為電子只具有粒子態,但通過雙縫實驗單個發射電子,屏幕上也出現了具有波狀態的干涉條紋,這就說明電子同時經過了兩條狹縫,這個發現讓科學家十分震驚!


粒子的疊加態,延遲實驗

科學家設想,如果等光子通過了雙縫,再用高速攝像機觀察,結果將會是怎樣?結果是就算是等光子通過了雙縫,再去觀察,屏幕上的明暗條紋仍然會消失。如果把高速攝像機拿開,屏幕上就出現明暗條紋。只要有人觀察,它就是粒子,不觀察它就有波的特性。


這就說明電子狀態處於疊加態,它就是粒子又是波,只能在特定時候擁有其中一種特性。至於是哪種特性,竟是基於人們是否觀察它!

關注物質和意識,一起學習!


量子科學論


實驗是沒毛病的,粒子可以同時出現在兩個地方,信不信則因人而異。

但樓主犯了跟古人一樣的錯誤:就好比地球是圓的剛提出來時,就有人問‘’那住在地球下面的人為什麼不會掉下去?‘’。他之所以會這樣問,是因為地球是圓的這件事超出了他的直覺,他覺得不可想象。。。

題主現在也是這樣,靠直覺把微觀等同於宏觀去想像,這是不對的。一千萬個地球組合在一起,你不能還是把這個組合當做地球,因為這個組合已塌縮成一顆恆星甚至黑洞了。。。它的特性與地球已經大相徑庭了。

有的人說:粒子既然可以同時出現在兩個地方,為什麼世界上沒有人同時出現在兩個地方?這樣問的人就是犯了上述的錯誤,題主可以看看下面這些圖中我回復的的例子,很好的解釋了一個人不可以同時出現在兩個地方。從這裡可以看出,某些人的思維太僵化了,不能理解宇宙的‘’博大‘’不單單是空間上的‘’大‘’,更是超出直覺之外的‘’大‘’。。。。

‘’理解量子物理需要天分‘’這句感慨不無道理。







空海泛舟


題主的勇氣可嘉,敢於挑戰"雙縫實驗"的科學禁區,科學家告誡說:"陷入關於光子從光源到屏的路徑中到底在哪裡的問題,那隻不過做白日夢"意思就是說雙縫問題是不能探索的,只能乖乖地相信"平行世界"的結論,否則就是白日做夢。可是我就萬難從命,在這裡,我決定推翻玻爾的"平行世界",我知道,我這個決定一定會使許多人惱羞成怒,粉絲也紛紛離我而去,然而我在所不辭,我的目的是追求真理,不是譁眾取寵。

量子力學的精髓主要就是物質的疊加態和塌縮,那麼疊加態又是從何而來的呢?玻爾斷言:我們不能說我們的經驗世界就是A或者B,而應當說我們的經驗世界純粹是這兩個可能世界的混合物,這兩個世界一同出現疊加起來,從此誕生了疊加態理論。原來疊加態是從"平行世界"中產生的,接著疊加態又產生了"塌縮"。可見"平行世界"是整個量子力學的理論基礎,"一個電子同時穿過兩條縫隙"的科學依據就是"平行世界"。如此以來,問題嚴重了,一個沒有任何證據的平行世界竟成了指導量子力學運作的理論基礎,我們必須對此說點什麼。

一個人能身懷"分身法"絕技嗎?一個物體能同時位於兩處嗎?即使是小螞蟻同時處在兩個地方也是不可能的,無數的事實證明了一個公理:物質的形體是不能同時在兩處的。有精英說"粒子"例外。錯了!粒子是物質的,是物質的就不能同時在兩處,粒子不能例外!

有人說了:既然粒子不能同時在兩處,那為什麼一個電子能同時穿過兩條縫隙呢?就算一個電子穿過兩條縫隙,那也是在我們這一個世界中發生的事情,也不能說成是兩個世界的混合?有什麼證據證明存在兩個平行世界在疊加呢?至今沒有任何證據!沒有證據的話,量子力學就失去了理論基礎,"疊加態"和塌縮就錯了,量子力學就完了。嗚呼哀哉!

這時候有人按耐不住氣憤,出來將我的軍:"你說平行世界不正確,那你來解釋一下雙縫實驗讓我們看看!"好吧,那我就冒天下之大不韙,闖一闖這個科學禁區吧!歡迎網友們踴躍評論。

要想發射電子,僅僅在原子內形成電子雲是遠遠不夠的,電子脫離不了原子的束縛,只能在原子殼內轉悠,增加原子的能量,使電子動能≥逸出功仍然是不夠的,電子會釋放電磁波後,重新回到原子的懷抱,若受激發的電子獲得的能量大大超過逸出功時,電子就會被髮射出去,過多的能量使電子產生加速度,呈加速度運動的電子會發射光子,行進途中的單個電子到達雙縫時,它首先遇到的是兩條狹縫中間的固體物質隔條,當電子接近固體隔條時,固體隔條附近的物質密度陡然猛增,這是引力場稀薄物質向原子殼稠密物質過渡而必然發生的結構變化(毛細現象中也能看到這種情況),這時電子發射的光子就被分成兩束(因為電子發射光子的方向是分散的),接著兩束光子被陡然增加的物質所偏折(就像太陽附近偏折星光的引力透鏡現象),從而分別進入到雙縫之中,受到雙縫邊緣的吸引而發生衍射,兩束衍射的光波交叉重疊產生干涉,進而在後面屏幕上打出了多條幹涉條紋,至於單個電子,它是靠著光子顯現自己的,離開光子電子是看不到的,在光子分作兩束時,人們誤以為電子也"分身"為兩個,其實電子並未"分身",只是跟隨其中的一束光子進入狹縫,我認為它應該跟隨較強的那束光子前進。

由此看來,玻爾的兩個平行世界完全是一場誤會。


無為而治68814940


我解釋能獲諾獎嗎:一,電子不能同時存在於2個不同的空間,電子流通過2個孔是按一定概率過去的!電子並沒有干涉,只是按概率撞到板上!二,關鍵點:眼睛無法辨認前後時延續,也就是前一個電子與後一個電子的時差,眼睛是無法辨認的,比如交流電產生的燈光,有誰能看出光一喑一亮的頻率?這也能解釋觀察者為什麼看不到干涉:因為象機沒有眼睛的延時記憶!在連續的時間上象機分辨了電子前後順序,同一時間象機只能看到一個電子,而眼睛因分辨不出前後電子能看到2個電子,所以象機看不到干涉,眼睛能看到干涉!眼睛的延時記憶欺騙了70億減1人?減去的那個人就是朕!


司馬懿之師


先說疊加態。量子力學的微分方程(儘管本人認為薛定諤方程有問題)是劉維--斯特姆型,具有無窮多解和相應的特徵值,但是某一個特徵值對應的解只有一個,所以疊加態不存在。例如對最簡單的氫原子,核外電子只能處於1s、2s、2d……等等態的一個,不可能處於這些態的疊加態。

再說波包塌縮。這是哥本哈根學派曲解幾率波的後果,把單個對象(電子,光子)曲解為波包,而不是認為物質波是時空分佈的幾率波。所以哥本哈根解釋的“波包塌縮”論是錯誤的。

最後說雙縫干涉。粒子通過雙縫形成干涉,如果短時間內粒子足夠多,則短時間內就可形成清晰的干涉條紋。如果粒子非常稀疏,甚至幾秒鐘才有一個粒子飛出,開始得到的是一些散亂的點,那麼就需要很長時間才能形成干涉條紋。——這也說明:形成干涉條紋與粒子到達干涉屏的時間無關,只與相位有關。只要相位相差2pi的整數倍,就可以形成干涉。

如果在雙縫處放擋板,並不規則地開關擋板,則擋板相當於調製函數H(t),t是時間。H(t)=1(當擋板開時)或H(t)=0(當擋板閉合時)。這樣調製函數改變了波函數的相位,從而破壞了干涉條件,當然得不到干涉條紋。

當用探頭探測粒子路徑時,探頭干擾了粒子的相位,也得不到干涉條紋。

可以看出,哥本哈根學派錯誤解釋基本現象,導入了唯心主義。


和諧266


不管你信不信,現在的情況就是這樣,各種實驗都證明疊加態確實存在╮(╯_╰)╭

微觀領域表現疊加態的不單是一個雙縫實驗,量子糾纏實驗本身也是疊加態的有力證明,還有前段時間很火的量子計算機。。。。可以說,疊加態是微觀領域的最基本原理之一。



而雙縫干涉就是量子疊加態的基本表現,電子波函數同時存在於各處,自然也同時經過兩個縫,併產生“波”所特有的干涉現象。如果質疑疊加態,就相當於質疑整個量子力學,那麼你得找出一套別人都聽得懂並符合實驗結果的理論來解釋量子力學的一切現象。很顯然這是個不可能完成的任務,因為單單去理解實驗結果本身已經夠你喝一壺的了╮(╯_╰)╭

有時候我們需要取捨,有些理論即使不可理喻,只要它符合觀測結果,我們就先接受。因為你如果不能給出更合理的解釋而又不接受現有解釋,那咋整?疊加原理的解釋能很合理的解釋雙縫干涉的實驗結果,雖然它本身是不可理喻的,但我們也得接受,因為它是實驗結果,你用經典理論已經解釋不了了。如果能解釋,愛因斯坦早就解釋清楚了,幾十年過去,愛因斯坦的隱變量已經被各種貝爾實驗否定了,經典解釋已經無能為力了。。。。



現在量子力學本身是沒有解釋的,疊加態只是陳述一個客觀事實,但無法解釋為什麼微觀粒子行為是這樣的,所以潘建偉曾說過,假如哪一天能搞清楚為什麼會產生量子糾纏,他馬上可以死╮(╯_╰)╭


星宇飄零2099


1.量子力學不是靠想象發展出來的,它有嚴謹的論證與實驗

2.如果你把電子看成"個",應該就像你認為的不應該有干涉條紋才對,只有看成"波"才能合理解釋

3.單一粒子在前後不同時間通過狹縫,卻能組合形成干涉條紋,確實按哥本哈根解釋是"同時經過",但很多人沒注意到的是這個"同時經過"是波而非粒子,事實上不可能測到或觀測到同時出現在兩個狹縫的粒子

4.因為波通過雙狹縫彼此干涉結果,造成騎在波上的粒子路徑有了干涉路徑的變化

5.任何嘗試觀測從那個狹縫出來的行為都會造成對波的破壞,導致干涉條紋消失

6.上方其實就是導航波理論,經計算其實可與量子等價,差別在於無法對粒子自旋做解釋


艾力克斯11


看樓主可能是中學的物理知識,學的比較好吧。不過那也只是經典物理的知識,是關於我們日常生活中常見現象的科學解釋。一旦突破了這個範圍,我們學習的那些科學定律,甚至某些信念都已經不太可靠了。

所以不要拿經典物理領域的“必須”當做量子物理世界的“必然”,在科學研究裡只接受事實,不堅持任何先入為主的觀念。

在100年以前,科學家們第一次接觸到亞原子尺度的微觀世界的時候,也為他們所看到的現象深深的震驚。因為實驗觀察到的東西不符合以往牛頓經典物理學的預言,更違背了建立在牛頓經典物理學基礎上的經典哲學的見解。難道兩三百年以來穩定、宏大、近乎完美的經典物理學大廈竟然是錯誤的嗎?

我們說,量子力學和相對論的發現和發展,“推翻了”牛頓的經典物理學,又是一場科學革命。這個意思是,在發現亞原子尺度的微觀世界之後,我們發現牛頓經典物理學是有它的適用範圍的,超出這個範圍之外,我們就必須要用到量子力學或者相對論來解釋,從而大大的拓寬了物理學所能夠涉及的範圍。

當然這個拓寬並不是對經典物理學的徹底否定,而是明確了它適用的邊界。比如在我們發射宇宙飛船到月亮、火星、冥王星上去的時候,對於動力學的計算,基本上還可以用牛頓物理學來完成。但是其中用到的時間必須要進行相對論的修正,畢竟牛頓曾經以為光速是無窮大的,後來發現光速也是有限的。而相對論告訴我們,光速是宇宙當中最大的速度,引力場會影響時間和光信號。

在我們用手機導航的時候,實際上手機裡在隨時做相對論的計算,才能夠把接收到的衛星信號轉換計算出我們準確的地面位置。

在我們身體裡,每一次的化學活動,我們看到的每一次光信號,其實都遵循的是量子力學的規律。

樓主可能非常不理解量子力學非常奇怪的表述,沒有關係,比如雙縫實驗的解釋,其實科學家們也並不滿意。如何解釋實際可以進行探討的。但是當前所能夠給出滿意結果的計算,都是基於(電子一次必須,也只能通過兩條狹縫)這個解釋的。

但我們想要推翻一個東西,必須先要對它進行更深入的理解。如果我們根本不瞭解它,又怎麼可能去推翻它呢?


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