一個(gè)簡(jiǎn)單的高中物理實(shí)驗(yàn)，讓科學(xué)界形成了兩大對(duì)立派，斗爭(zhēng)了幾十年。
就連愛(ài)因斯坦從此都開(kāi)始對(duì)這個(gè)世界產(chǎn)生了懷疑。他不知道我們所生存的這個(gè)世界，到底是一個(gè)真實(shí)存在的世界，還是一個(gè)虛擬的世界。
當(dāng)你在夜空中抬頭看月亮的時(shí)候，這個(gè)月亮是真實(shí)存在的嗎？他是一個(gè)真實(shí)的物體，還是一個(gè)虛幻的景象？這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是我們?cè)谥疤岬竭^(guò)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
大家好，今天我們一起來(lái)揭秘這個(gè)讓人匪夷所思的實(shí)驗(yàn)。到底是什么原因讓科學(xué)家在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)世界產(chǎn)生了懷疑？在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，他們到底遇到了什么不可思議的現(xiàn)象？還是老規(guī)矩，點(diǎn)贊關(guān)注，安排上，我們開(kāi)始今天的話(huà)題。
上高中的時(shí)候，學(xué)理科的同學(xué)，大家還記得物理老師曾經(jīng)在講光的一段內(nèi)容的時(shí)候，說(shuō)過(guò)這樣一句話(huà)。老師說(shuō)光具有波粒二象性。
當(dāng)我問(wèn)到老師光具有波粒二象性是什么意思的時(shí)候，老師只是簡(jiǎn)單地解釋了一下，說(shuō)是光既具有波的性質(zhì)，也具有粒子的性質(zhì)。大家不要去深挖這個(gè)原因，到底是什么實(shí)驗(yàn)給出的結(jié)論。只需要記住光具有波粒二象性就可以了，考試的時(shí)候把波粒二象性這幾個(gè)字填到答案里。
直到現(xiàn)在我才明白，就連愛(ài)因斯坦和牛頓，赫茲，麥克斯韋這樣偉大的物理學(xué)家都弄不清楚的事，更何況去問(wèn)一個(gè)普通的高中物理老師。
120年前的12月12日，馬可尼第一次接收到了橫跨大西洋的無(wú)線電信號(hào)，當(dāng)時(shí)他感覺(jué)到異常的興奮，但是他萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到的是在100年后的今天，通信可以改變我們世界。
2016年8月16日，我國(guó)發(fā)射了世界第一顆量子通信衛(wèi)星墨子號(hào)。同樣，我們也對(duì)未來(lái)的世界充滿(mǎn)期待，我們也不知道。量子到底可以把我們這個(gè)世界變成什么樣子的？因?yàn)槊鎸?duì)量子的研究，我們到目前為止依然只是剛剛起步。
而這所有的一切，都要追溯到20世紀(jì)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。光的本質(zhì)引發(fā)了科學(xué)界幾十年甚至上百年的戰(zhàn)爭(zhēng)。并且到了20世紀(jì)初的時(shí)候形成了兩大對(duì)立派，一派是以愛(ài)因斯坦，牛頓，普朗克為首的眾多科學(xué)家。
也就是光是粒子的粒派科學(xué)家。他們認(rèn)為光就是由無(wú)數(shù)個(gè)粒子所構(gòu)成的，當(dāng)一束光被射出的時(shí)候，它就像是一個(gè)炮彈被射出來(lái)一樣，在內(nèi)部有無(wú)數(shù)個(gè)光子向遠(yuǎn)方射去。
而另外一派則是由惠跟斯，麥克斯韋，赫茲等眾多有名的科學(xué)家組成的派系。他們就是波派的支持者。波派的科學(xué)家認(rèn)為，光就是由波組成的。光從近處往遠(yuǎn)處傳播的時(shí)候，就像是往河里投石塊所產(chǎn)生的波紋一樣。
并且有一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，面對(duì)著所有的科學(xué)家。只有當(dāng)光是波的時(shí)候，才可以完美地解釋大自然中所有的干涉，衍射，偏振等等一系列在之前不可解釋的現(xiàn)象。
就這樣波派與粒派斗爭(zhēng)了幾十年，兩家水火不容。相互諷刺。
直到20世紀(jì)初的時(shí)候，處于中立派的科學(xué)家，開(kāi)始當(dāng)起了和事老，他們想要停止波派于立派的斗爭(zhēng)，讓他們握手言和，所以決定做一個(gè)有關(guān)光的本質(zhì)到底是什么的實(shí)驗(yàn)。
但是讓人萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到的是，就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，最終得出的結(jié)論，卻讓人匪夷所思。也可以用靈異來(lái)描述。甚至讓愛(ài)因斯坦對(duì)這個(gè)世界產(chǎn)生了懷疑。
為了讓兩派的科學(xué)家停止斗爭(zhēng)，處于中立派的科學(xué)家，開(kāi)始做他們所說(shuō)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)特別的簡(jiǎn)單，接觸過(guò)中學(xué)物理基礎(chǔ)的朋友們，應(yīng)該都聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)器材一共由三部分組成。一個(gè)是可以發(fā)射光子的機(jī)槍。一個(gè)是開(kāi)了兩條縫隙的擋板，而最后一個(gè)則是用來(lái)投影的屏幕。
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，科學(xué)家發(fā)射光子的機(jī)槍對(duì)著兩條縫隙的擋板開(kāi)始掃射。然后光子會(huì)透過(guò)擋板的兩條縫隙，最后打在后邊的屏幕上。并且留下光斑。
最初參與這個(gè)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家猜測(cè)，出現(xiàn)在擋板的現(xiàn)象無(wú)非只有三種，第一種，假如光的本質(zhì)是粒子，那么出現(xiàn)在后邊屏幕上的光斑則會(huì)表現(xiàn)出兩條光斑的樣子。第二種，假如光的本質(zhì)是波，那么出現(xiàn)在后邊屏幕上的光斑則是多條光斑。
這個(gè)現(xiàn)象，大家應(yīng)該也可以理解。我們舉一個(gè)日常生活中最簡(jiǎn)單的例子，你往河里投一塊石頭，那么這塊石頭投進(jìn)河里所產(chǎn)生的波紋則是一圈又一圈的圓形，然后逐漸的向外擴(kuò)散。
而如果你往河里同時(shí)投入兩塊石頭，那么此時(shí)就會(huì)以?xún)蓧K石頭為兩個(gè)中心點(diǎn)向外擴(kuò)散許多個(gè)圓。并且兩個(gè)石頭所產(chǎn)生的波紋，不斷地會(huì)相交。
在波紋產(chǎn)生的這一范圍，橫向畫(huà)一條橫線。那么在這條橫線上，就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)相交的部分。這些相交的部分，因?yàn)閮蓚€(gè)石塊的不同，它們有的會(huì)向上震動(dòng)，有的會(huì)向下震動(dòng)。所以就形成了有的相交點(diǎn)，震動(dòng)幅度大，有的相交點(diǎn)會(huì)抵消波紋。
雙份干涉實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，也和這個(gè)投石塊的實(shí)驗(yàn)類(lèi)似。從兩個(gè)縫隙射出去的光，可以作為兩個(gè)中心點(diǎn)。所以如果光的本質(zhì)是波的話(huà)，那么在這個(gè)后邊的屏幕上就會(huì)出現(xiàn)多條光斑，科學(xué)家猜測(cè)的第三種結(jié)果就是光既是粒子，又是波子，那么在后邊的屏幕上，就會(huì)出現(xiàn)以上兩種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
總之，這一次實(shí)驗(yàn)的根本目的，中立派的科學(xué)家，就是為了讓粒派科學(xué)家和波派科學(xué)家握手言和。
但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻讓愛(ài)因斯坦特別的苦惱，出現(xiàn)在屏幕上的光斑竟然是斑馬線的條紋，這也就意味著光的本質(zhì)是波。
此時(shí)的波派科學(xué)家立刻得意洋洋，但是以愛(ài)因斯坦為首的立派科學(xué)家，從來(lái)都是一個(gè)不服輸?shù)膱F(tuán)隊(duì)，他們自然也不會(huì)承認(rèn)這一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
于是又進(jìn)行了第二次實(shí)驗(yàn)，第二次實(shí)驗(yàn)和第一次實(shí)驗(yàn)不同的是，一次只發(fā)射一個(gè)光子。也就是他們?cè)趯?shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，把發(fā)射光子的機(jī)槍調(diào)成了點(diǎn)射模式，一次只能射出一個(gè)光子。但是不可思議的是，最后在屏幕上出現(xiàn)的現(xiàn)象，竟然還是斑馬紋。
這就無(wú)法解釋了，在這里先給大家拋出一個(gè)疑問(wèn)：大家覺(jué)得第二次實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有什么匪夷所思的地方呢？
正當(dāng)波派的科學(xué)家再次得意洋洋的時(shí)候，愛(ài)因斯坦卻提出一個(gè)讓他們都無(wú)法解釋的難題。一個(gè)光子，為什么還會(huì)出現(xiàn)斑馬條紋？按理說(shuō)，一個(gè)光子一次發(fā)射，只能穿過(guò)一個(gè)條紋，但是像這種斑馬條紋的現(xiàn)象，是兩個(gè)光子干涉之后所產(chǎn)生的現(xiàn)象，這又該怎么解釋?zhuān)?/p>
難道是一個(gè)光子在穿過(guò)縫隙擋板前，它自己悄悄地分裂成兩個(gè)光子了嗎？
面對(duì)愛(ài)因斯坦的提問(wèn)，波派科學(xué)家無(wú)言以對(duì)。他們也無(wú)法解釋愛(ài)因斯坦的這個(gè)疑問(wèn)，只是一口咬定光的本質(zhì)是波。但拿不出實(shí)質(zhì)性的證據(jù)。所有的謎團(tuán)，越想疑問(wèn)就越多。
于是，兩派的科學(xué)家又開(kāi)始進(jìn)行了第三次實(shí)驗(yàn)。這一次實(shí)驗(yàn)，所有的科學(xué)家更加關(guān)注的是光子在穿過(guò)擋板之前，到底是否會(huì)分裂，進(jìn)而解決愛(ài)因斯坦所提出的困惑？
他們?yōu)榱烁宄赜^察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在擋板的左右兩方各加了一個(gè)攝像頭。哪一個(gè)攝像頭可以觀測(cè)到光子，說(shuō)明光子就穿過(guò)了哪條縫隙？并且這一次實(shí)驗(yàn)依然還是采用點(diǎn)射的模式，一次只發(fā)射一個(gè)光子。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果大家清楚地知道，可以觀測(cè)到。穿過(guò)擋板的光子并沒(méi)有發(fā)生分裂。并且可以肯定的是，光子在穿過(guò)擋板之前，它就是粒子。但是在穿過(guò)擋板的縫隙之后，就變成了波，也同時(shí)表現(xiàn)出了波的性質(zhì)。
第三次實(shí)驗(yàn)之后，兩派的科學(xué)家握手言和，他們給出了波粒二象性，光既有波的性質(zhì)，也有粒子的性質(zhì)，但是接下來(lái)不可思議的現(xiàn)象發(fā)生了，也是有史以來(lái)所有的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最靈異的事件出現(xiàn)了。
投在屏幕上的斑馬線條紋不知在什么時(shí)候，竟然悄悄地變成了兩條豎杠的樣子。這就無(wú)法解釋了。
加了攝像頭和沒(méi)加攝像頭，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻出現(xiàn)了令人顛覆三觀的結(jié)果。沒(méi)有攝像頭，光就是波。屏幕上的條紋，也是斑馬線的條紋，而加了攝像頭，光就是粒子，投在屏幕上的條紋變成了兩條豎杠的條紋。
在場(chǎng)的所有科學(xué)家，頓時(shí)感覺(jué)自己被實(shí)驗(yàn)欺騙了，改變了所有人的傳統(tǒng)認(rèn)知。就連愛(ài)因斯坦都開(kāi)始懷疑，我們所生活的這個(gè)世界，它到底是一個(gè)真實(shí)的世界嗎？我們眼睛所看到的這一切，真的是確確實(shí)實(shí)存在的事物嗎？
雖然結(jié)果讓大家不可思議，但是處于中立派的科學(xué)家做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的也算是達(dá)到了。波派的科學(xué)家和粒派的科學(xué)家開(kāi)始握手言，從此以后，他們需要面對(duì)的，并不是光的性質(zhì)是什么，而是出現(xiàn)第三次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，到底是什么原因造成的？
說(shuō)到這里，大家可能會(huì)感覺(jué)到云里霧里，我們舉一個(gè)生活中常見(jiàn)的例子，也許就會(huì)一目了然，拿我們平時(shí)看電視，看足球直播來(lái)舉例子。當(dāng)一個(gè)足球運(yùn)動(dòng)員快要射門(mén)的時(shí)候不可思議的現(xiàn)象就發(fā)生了。
在射門(mén)前，如果讓大家猜測(cè)這一顆球是否能踢進(jìn)球門(mén)，如果讓球迷來(lái)分析的話(huà)，大家可能會(huì)分析，這個(gè)球是哪位運(yùn)動(dòng)員發(fā)射的，如果是球隊(duì)的主力那么進(jìn)球的可能性會(huì)大一些。
但是讓科學(xué)家來(lái)分析這個(gè)球是否被踢中的話(huà)，那么科學(xué)家就會(huì)從球的角度，踢球的力度來(lái)進(jìn)行分析，這些都是從我們現(xiàn)實(shí)世界，最傳統(tǒng)的認(rèn)知來(lái)評(píng)價(jià)這個(gè)球是否被踢中。
但是如果按照雙份干涉實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)分析這個(gè)球的話(huà)，那么此時(shí)就不可思議了。這個(gè)球是否被踢中，完全取決于我們的眼睛，你如果看的話(huà)，這個(gè)球就被踢中了，如果你不看的話(huà)，那么這個(gè)球就沒(méi)有中。這個(gè)球中不中？還能取決于我們觀測(cè)者的意識(shí)嗎？我們的眼睛，難道也可以決定直播的現(xiàn)場(chǎng)嗎？
科學(xué)家為了進(jìn)一步驗(yàn)證這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，后來(lái)又做了多次實(shí)驗(yàn)，最后得到的結(jié)果卻依然不可思議。好了，本期話(huà)題就到這里了，你認(rèn)為我們這個(gè)世界是真實(shí)存在的嗎？你眼前所看到的一切，真的是由你的意識(shí)，你的視覺(jué)所造成的嗎？歡迎大家在評(píng)論區(qū)留言討論，我們下期再會(huì)。
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