量子力学中最神奇的实验,双缝实验为什么让科学家感到不安?

综述

在物理学界,牛顿绝对是当之无愧的开山鼻祖,其提出的三大定律更是成为了后世物理研究的重要基础,同样,牛顿在光学领域的研究和发展也有着比较突出的贡献,在其提出了光粒子理论后的很长一段时间都得到了大家的认可。

不过,再后来,由于一位科学家的一项神奇的实验,却让这个物理学界对光产生了颠覆性的认识,而从实验的过程到结论都令所有的科学家们感到莫名的不安!

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经典物理学与量子力学

在描述双缝干涉之前,我们先来简单地了解一下什么是经典物理学。

在大约300年之前,牛顿通过从天而降的苹果发现了震惊世界的万有引力,并在后续的研究和学习过程中成功推导出了牛顿三大定律,并以此奠定了经典物理学的整体基。

在牛顿相关理论的描述过程中我们得知,我们所处的宏观世界是一个低速运动的世界,在这个世界中所发生的所有的现象都是具有确定性的,是可以通过因果关系推导出来的。

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在经典物理学的世界里,整个宇宙中都存在着一种绝对的客观规律,只要能发现这一规律就代表着可以了解到宇宙中的一切,而这一理论也被后世的科学家们成为决定论。

而事实上,在近代以前,绝大多数科学家都坚信决定论在物理学界的地位,即便是量子力学的不断发展,也没有中断人们对于决定论的信念。

其中就包括爱因斯坦以及薛定谔等人,他们对于决定论的坚信让他们在最终时刻仍然站到了自己所研究的量子力学的对立面上去。

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双缝干涉实验的具体内容

双缝干涉实验是近代以来至关重要的一项实验,从经典力学的角度来看,这项实验可能只是简单地证明了一下光的波动性理论,并没有太大的用处,但是对于量子力学领域却有着非比寻常的里程碑式的意义。

其实,单从实验过程来看,这项实验还是非常简单的,就是把一束细微的单色光从宽度极小的狭缝内穿过,紧接着让成功通过单缝的光再次进入双缝当中,最后把所有能通过的光都放在大屏幕上,展现出一系列条纹形式的图案。

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虽然听上去简单,但其中的理论还是有很多难点的。

就比如,从光的粒子性角度出发,当单个光粒子穿过两层缝隙的时候,就已经把粒子一分为二了让分成两半的粒子再次穿过缝隙,最终投影到屏幕上的却是再次合为一体的单独粒子。

这样的推论让不少科学家难以接受,并对这项实验进行了反复的实验验证,但是最好的结果却仍然是托马斯杨得到的结果。

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虽然人们对于双缝干涉实验的疑问始终存在,但是这么多有权威性的科学家一起验证,也能证明该项实验的准确性、真实性以及科学性。

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光学的相关理论

在牛顿建立了经典力学理论之后,他根据微小粒子的聚集性推测出了光的粒子学理论,而这一理论的诞生很好地解释了现实生活中光的折射、反射的现象,以至于后面很长一段时间科学家都认为这才是光的正统学说理论。

直到18时间托马斯杨做的双缝干涉实验,证明了光的波动性,这才撼动了光粒子性在物理学界的地位,逐渐替代了粒子学说成为了新一代的正统理论。

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而在此后的一百年间,科学家们也从来没有停止过对光的研究,但是他们发现如果单用光的波动性理论是无法解释一些奇怪的现象的,随后在量子力学理论的推动下,波粒二象性诞生了,也就是说,光不仅仅是粒子性或者波动性,而是两者合二为一。

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不安的来源

在双缝干涉实验刚刚诞生的时候,吸引了大量科学家的争相验证,但无论是从实验本身还是从结果来看,都让科学家们感到前所未有的不安。

其中,就有一位外国的科学家在进行实验的过程中细心地用摄像仪对粒子的运动过程进行详细的记录,结果却令他毛骨悚然。

当摄像机记录粒子的时候,这些粒子就好像已经知道有人在记录它们一样,直接停止了所有的运动,画面上的条纹图案也在这一瞬间消失,当摄像机停下后,这些粒子就又重新开始运动了。

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而这一结果也让梅里一度不再相信摄像机的观测结果,并对外宣称,这些光粒子并不是自己运动的而是在人类意识的驱使下做出各种行为。

这对于长时间研究光学理论的科学家来说是非常荒唐的,但是在越来越多的科学家们重复了梅里的实验过程后,结果却惊人地一致,粒子竟然真的凭空消失了!

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结语

难道真的像有些人说的那样,科学的尽头是神学吗?难道我们人类所生活的世界都是造物主所创造的?

不过,就算是浩瀚而广阔的宇宙也只不过是它的万物,在造物主观察的过程中,我们的宇宙可能已经发生了某些时间和空间上的变化,只不过我们人类的文明等级还无法观测到这一错变的过程。

不过,随着科技的不断发展,相信终有一天人们能探寻到双缝干涉实验背后隐藏的奥秘,到那时,我们也就能知道现在的猜测是否属实了

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页面更新:2024-03-29

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