量子力學的精髓問題和回答，都集中在電子雙縫衍射實驗中！
導讀：本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的，但世界的確定性不是我們能把我的。量子力學的精髓問題和回答，都集中在電子雙縫衍射實驗中！那麼該如何理解，如何回答這個問題呢。
好了，回到我們的題目，電子雙縫實驗該如何理解和解釋？就是說，我如果認為世界是確定的，就必須給出一個確定性的解釋。
現在我們來了解一下什麼是電子雙縫衍射實驗。
如圖所示，為費恩曼設想的理想單電子干涉示意圖。最左側為電子槍，1和2為兩條狹縫。當只開啟縫1或者縫2時，電子穿過狹縫打到後面的接收屏上的分布曲線分別是P?和P?，當兩條縫都開啟時，接收屏上電子的分布曲線不是P?和P?簡單的相加，而是如最後一個圖片下面所標註的公式P??=｜Ф?+Ф?｜2。
這個實驗最令人不可思議的，是當兩條縫開啟，電子槍單個射出電子，其間間隔足夠長的時間，最後得到的電子分布依然如上圖所示，好像是先到的電子「規定」後到的電子的行為。
這個解釋不夠通俗的話，再給大家這樣介紹。在宏觀世界中，以玻璃球為例。我們讓玻璃球射過開了一道縫的擋板，大家知道，玻璃球會在後牆留下的痕迹，是一條線。射過開了兩條縫隙的擋板，在後牆也是兩條線。如下圖。
當把玻璃球換成水波的時候，開一條縫，在後牆上也會出現一條線。開了兩條縫的，就會出現干涉條紋。如下圖。
那麼量子世界是咋樣的呢？將玻璃球換成電子，通過一條縫隙時候，後牆上只有一條線。如下圖。
通過兩條縫隙時候，後牆上出現干涉條紋。如下圖。科學家在想，這麼小的電子是如何出現干涉條紋的。他們設計了單電子干涉實驗。讓一個電子通過一條縫隙，後牆也只出現一條線。可是讓人奇怪的是，當開了兩條縫隙時候，竟然出現了干涉條紋現象。這該怎麼解釋呢？如下圖。
這該怎麼解釋呢？明明電子一個個射過雙縫的。怎麼還出現了衍射條紋。科學家想看這是怎麼發生的，難道一個電子同時穿過了兩條縫隙？ 如下圖。
更讓人不解的是，當用攝像機試圖看著電子的時候，干涉條紋竟然消失了。不看的時候，干涉條紋又出現了。 觀測竟然也能影響電子行為？ 它知道我們在看它？ 如下圖。
這就是電子雙縫衍射實驗，所以費曼說：「電子雙縫實驗是量子力學的中心區域，研究量子力學，這個問題不可避免。」
任何想要重建量子力學的人，也不可能避開這個問題。該來的總是會來，我們不會避開它。
還是我經常說的那句話，你的想像力有多精彩，這個世界就有多非凡。
一起來分析一下，這個詭異的電子雙縫實驗吧。我們一個個來說，層層遞進。
第一點，我問大家一個問題？一個電子可以發生干涉條紋現象嗎？
答案很明晰：一個電子不可能發生上述干涉現象，也就是不可能出現干涉條紋。
這意味著什麼？ 這意味著電子雙縫干涉條紋現象是群體行為！非個體行為！ 相信大家都贊同。然後我們繼續往下走。
第二點：一個電子會同時通過兩條縫隙嗎？
答案很明晰：各位我一直說，人一定站在可以想像的地方說事。對於不可想像的事情，要保持謹慎。這個就是了。也就是說電子不會同時通過兩條縫隙！
靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》電子版在靈遁者淘寶有。
你可以假設它同時通過兩條縫隙，可是接下來你怎麼給我描述，它同時通過兩條縫隙的過程？各位，這就是反證！你一定要站在可以想像的地方說事！不然那才是胡說。這是我一直強調的！
在這裡提前說一句，大多數相信它可以同時穿過兩條縫隙的人，都會拿高維度空間來解釋。說這個不是我們這個世界的人可以理解的。我是持反對意見的，也多次提及了。
因為很明顯，他如果那樣說，你就不能提問了。提問再多，答案只有一個，那就是：「這個不是我們這個世界可以理解的。」
關於平行宇宙，多宇宙，高維度空間等等問題，在此不再討論。我在《變化》，《見微知著》中都有論述了。只給你們一句話：「如果你生活在地球上，請站在地球的上說話！如果你可以看見火星，可以想像你站在火星上說話。除此之外，請沉默！」
這是我們所討論的大的哲學前提，沒有這個前提，人類也是很迷惑的。
所以再次強調，我堅決不相信，一個電子同時通過兩個縫隙。而且也沒有人看見，它是那樣做的，對吧！
第三點：電子通過一個縫隙不會產生干涉條紋，這意味著什麼？
只開一條縫隙不會產生條紋，就說明了兩條縫隙的必要性。這和經典的光的干涉現象沒有本質區別。各位我再問你一次，你認為有本質區別嗎？
沒有的。就干涉而言，都是干涉！都出現干涉條紋。那麼你如果敏感的話，問題就脫穎而出了。那就是經典的光的干涉是一束光。不是一顆光子。我們現在說的電子雙縫實驗，也可以說是單電子雙縫干涉實驗。這就是它們的區別，但再次強調，就干涉而言，它們的本質是一樣的。
但可不可以用惠更斯，菲涅爾，托馬斯楊的光的波動理論來解釋，就是我們要考慮的問題。
我們的問題永遠沒有最後一個。就上面第三點內容提問，你還能想到什麼關鍵問題？ 好好想一分鐘，再接著往下看。
問題是——經典的光的干涉對於觀測行為，不做反應！這是一個很大的問題！但我未發現眾多的資料中有提及。 也就是說你看不看都無所謂，只要光通過兩條縫隙的實驗條件符合，干涉條紋就出現。
但單電子卻不是這樣的了。這是一束光和一個個電子發射的區別！區別是什麼呢？可以說一個電子更加「敏感」。
綜合起來，就是第三點，可以引申出兩個問題【哪兩個問題？你總結出來了嗎？】。這兩個問題我們都要回答。但回答之前，我們繼續往下走。
兩個問題是：1、可以用經典的光的波動理論來描述電子雙縫實驗嗎？2、為什麼一個電子更加「敏感」？
第四點：觀測行為影響實驗結果，該怎麼解釋？
各位這個問題非常大，我不知道你意識到沒有。這不是簡單技術層面問題，這是關於客觀世界哲學層面的問題。就觀測而言，你怎麼界定？
你來給我描述一下？
不妨我再問幾個問題，攝像機觀測和人眼觀測一樣嗎？人和動物觀測一樣嗎？
這兩個問題其實是在問：人和物體觀測一樣嗎？高級意識和低級意識影響一樣嗎？
這個我知道難不倒大家。因為大家從網上了解到的知識，就非常清楚了。無論是你自己看，還是攝像機看，干涉條紋就不出現。有觀測行為就會影響到。和高級意識和低級意識也沒有區別。
這就奇了怪了！這就意味著，一個開著的攝像機和一個關著的攝像機是不同的！或者說一個開的攝像機和實驗室中其他的物件都是不同的。
這就是說為什麼這是個大問題，得從哲學範疇去認識了。這個問題才是最蛋疼的。
從最根本的角度去想的話，一個攝像機和實驗室中其他的所有物件沒有什麼本質不同，都是物質。而萬物皆有輻射，所以說干擾存在是必然的。這是個「老生常談」的關於實驗環境和器材對結果影響的話題。
但為什麼一個開著的攝像機，會這麼明顯的干涉實驗結果走向呢。
而且大家還應該這樣想，觀測距離有影響嗎？因為這是很多實驗，無法避免的情況。
比如在某大學一個實驗室中做這個實驗。問題是你在實驗室的時候，有多少人的視線是看著你的實驗室的，這算觀測嗎？還是說算觀測，但實驗室隔絕了這樣的觀測？所以說觀測這個東西，界定還是一個問題。
目前是這樣的認為，實驗外面的情況，對實驗室內的實驗，起不到觀測作用。也就是說人的輻射和意識對實驗情況，起不了作用。
難道說電子具有自我意識？可以智能識別觀測體？顯然這是不可想像的，所以討論方向錯誤。
真實的事實是電子，或者光子不可能具有自我選擇意識。該實驗也與意識無關。
有這樣一個新聞，足以說明這一點。新聞來源是中科大新聞網：中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組首次實現了量子惠勒延遲選擇實驗，製備出了粒子和波的疊加狀態，極大地豐富了人們對玻爾互補原理的理解。研究成果作為封面文章發表在9月份的《自然-光子學》上，英國著名量子物理學家Adesso教授和Girolami教授在同期雜誌的《新聞與觀察》欄目以《波-粒疊加》為題撰文評述了這一研究成果。
《自然-物理》雜誌也以《選擇的問題》為題在《研究高亮》欄目報道了該成果。
光是什麼？這是個古老的科學問題。三個世紀以來粒子和波的概念就一直是對立的，比如牛頓最初的粒子說和胡克及惠更斯的波動說。現在我們對光的理解可以歸結為玻爾的互補原理，即光具有波粒二象性，波動性和粒子性這兩種屬性即對立又互補，一個實驗中具體展示哪種屬性取決於實驗裝置。
比如在由兩塊分束器構成的馬赫-曾德干涉儀中，單個光子被第一個分束器分到兩個路徑上，在第二個分束器所在位置重合。如果我們選擇加入第二個分束器，則構成干涉儀，有干涉條紋，觀測到波動性，反之如果我們選擇不加第二個分束器，則不能構成干涉儀，沒有干涉條紋，觀測到的是粒子性。馬赫-曾德干涉實驗是可以用量子力學解釋的。
然而存在一種隱變數理論認為，光子是有自由意志的，在進入干涉儀之前光子就察覺到有沒有第二個分束器，然後光子根據它察覺到的信息決定自己經過第一個分束器的方式，從而展現粒子性或波動性。為了檢驗這種隱變數理論和量子力學孰是孰非，玻爾的學生惠勒於1978年提出了著名的延遲選擇實驗，即實驗者延遲到光子已經完全經過第一個分束器之後再選擇加不加第二個分束器。
在經典的惠勒延遲選擇實驗中，探測光的波動性和粒子性的實驗裝置，即加與不加第二個分束器，是相互排斥的，因此光的波動性和粒子性不能夠同時展現出來。
李傳鋒研究組設計出了量子實驗裝置，巧妙地利用偏振比特的輔助來控制測量裝置，使得測量裝置處於探測波動性與探測粒子性的兩種對立狀態的量子疊加態上。他們利用自組織量子點產生的確定性單光子源作為輸入，實現了量子的惠勒延遲選擇實驗，排除了光子有自由意志的假設，並首次觀測到了光的波動態與粒子態的量子疊加狀態。
實驗結果顯示，處于波粒疊加態上的光子，既不象普通的粒子態那樣沒有干涉條紋，也不象普通的波動態那樣表現出標準的正弦形干涉條紋，而是展現出鋸齒形條紋這樣一種「非波非粒，亦波亦粒」的表現形式。
《波-粒疊加》一文高度評價這項工作：「量子惠勒延遲選擇實驗的實現挑戰互補原理設定的傳統界限，在一個實驗裝置中展示光子可以在波動和粒子兩種行為之間相干地振蕩」。《選擇的問題》一文則評價該成果「重新定義了波粒二象性的概念」。
量子實驗裝置的引入，使得人們可以從一個全新的視角來觀察世界，就好像給我們安上了一雙「量子的眼睛」，能夠看到經典探測裝置觀察不到的物理現象。此項研究工作拓展和加深了人們對玻爾互補原理的理解，揭示了互補原理和疊加原理間的深層次關係，也使得人們對「光是什麼」這個縈繞千年的問題有了更進一步的理解。
該項研究受到科技部和國家自然科學基金委的資助。
以上就是該新聞的全部內容。人們的認識一定是深化的，世界的不確定性，在於我們知道的不夠多，掌握的不夠全面。
無獨有偶，2015年澳大利亞一個研究小組也獲得光同時表現出波粒二象性的單個快照。為了讓大家了解的詳細，我將這個新聞也摘錄如下。
新聞如下：據澳大利亞spacedaily網站2015年3月3日報道，量子力學告訴我們：光可以同時表現波粒二象性。然而，人類迄今為止還從未在實驗上同時拍攝到光的波粒二象性；最多我們能看到光波動性和或粒子性，但總是在不同時間。
通過採用完全不同以往的實驗方法，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科學家們第一次從實驗上同時拍攝到光波粒二象性的快照。這項突破性研究成果發表在《自然通訊》雜誌上。
當紫外光線照射金屬表面時，它導致電子發射。阿爾伯特 愛因斯坦這樣解釋「光電效應」：光原本認為僅僅是一種波，其實它也是一束粒子流。雖然各種實驗已經成功觀察到了光的波動性和粒子性行為，但是它們從未被同時觀測到。
研究經典效應的新方法
EPFL的Fabrizio Carbone領導的一個研究小組，利用一個巧妙的方法完成了一項實驗：使用電子來使光成像。研究人員有史以來第一次，獲得光同時表現出波粒二象性的單個快照。
實驗這樣設置的： 一束激光脈衝照射在微小的金屬納米線上。激光使納米線中的帶電粒子能量增加，引起它們振動。
光沿著這根小小的納米線在兩個可能的方向上傳輸，就像公速路上的汽車。當沿相反方向傳輸的光波相遇時，它們會形成駐波（stand wave）。這裡，駐波成為實驗的光源，在納米線周圍輻射。
實驗的巧妙之處在於：科學家們在納米線附近發射一束電子流，利用它們來使光的駐波成像。因為電子與限制在納米線中的光相互作用，因此，電子會加速或減速。利用超快顯微鏡對電子速度發生變化的位置成像，Carbon的團隊現在可以使這個作為光波動性指紋的駐波可視化。
這種現象說明光的波動性，同時它也證明了光的粒子性。當電子在很接近光駐波的地方傳輸時，它們與光粒子，即光子發生碰撞。
如上文所述，這會影響電子的速度，使它們移動得更快或更慢。這種速度變化表現為電子和光子之間能量「包」（量子）的交換。這些能量包之間的交換，表明納米線中的光是一種粒子。
【這個就是照片】
Fabrizio Carbone說：「這項實驗有史以來第一次證明，我們可以直接拍攝量子力學及其矛盾屬性。」
此外，這項開創性工作的重要性在於它可以擴展基礎科學到未來技術。正如Carbone解釋說：「能夠像這樣在納米尺度對量子現象進行成像和控制，開闢了邁向量子計算的新途徑。」（中國航天系統科學與工程研究院 姚保寅）
各位看了這兩個新聞，你有什麼感受。還能跟的上節奏嗎？還記得前面的分析嗎？
也就是要解釋電子雙縫干涉實驗主要是兩個問題：1、單電子是波還是粒子。2、觀測影響結果的合理解釋。
就是上面提到的第三點分析，光的干涉和電子干涉本質是一樣。不一樣的是經典的光的干涉是一束光，而量子力學電子干涉，可以是單電子。那麼問題就轉化為單電子是波還是粒子。
就干涉而言，一定要是波，才能行。這是前提條件。上面我給大家列出的兩個案例，其實就是答案。答案是單子電子也具有波的性質。通過自相互作用，發生干涉。就像上面兩個新聞中所揭示的那樣。
這樣就不用考慮它究竟是通過哪個縫隙的問題了，通過哪個都是可以的，都是可以通過自相互作用發生干涉的。但一定不是電子同時通過兩個縫隙，不會有這樣的情況。
這時候你有提問嗎？ 你沒有的話，我來問你。一個電子都可以通過自相互作用干涉的話，那怎麼看不到干涉條紋呢?
答案很簡單，一個電子可以發生干涉，但一個電子的干涉可以忽略不計，也就是你觀測不到。這是量變到質變的認識。
你還有問題要提問嗎？你沒有？ 好，我繼續問你！既然一個光子或電子可以通過自相互作用干涉，那麼為什麼還要開兩條縫隙？一條為什麼不行？
這個就簡單了，回到第三點的提問和分析處。因為波動關係，我們必須要用惠更斯和菲涅爾的光的波動理論，來解釋。也就是波動「包絡面」「次波」的概念的來理解。在本書前十幾章關於光的論述中，很全面了。篇幅有限，再寫多了，大家都跟不上了。所以這個知識點，大家返回去看看。
好了，第一個問題解決了。現在開始解決第二個問題，觀測影響實驗結果。
首先我通過上面的論述，有兩個排除！各位是哪兩個？答不上來的，就是沒有跟上的人。再返回去看看。我之所以這樣不斷的提問，就是為了讓你不斷的跟上思路走。
兩個排除是——第一個是排除人的意識對實驗的影響，第二個排除是電子本身不具有意識，上帝「開玩笑」的影子更是沒有。
當然嚴格意義上來說，第一個排除是相對排除，不能說絕對排除。因為人的意識不能脫離人體，人體發生的是輻射。不能說輻射對實驗是絕對隔離的。所以說是相對的，也就是說這種影響，可以忽略不計。
觀測行為影響測量的原因是「定向」影響的原因。我這樣來解釋，在一個實驗中，一個物體可以算是一個眼睛，物體是通過輻射來「觀測」的，這個時候，觀測是無序的，混亂的。
現在有一個開著的攝像機，對著雙縫觀測，形成一個「定向觀測」，影響到了電子的干涉條紋的形成。「定向」觀測取消，干涉條紋又出現。
如果以開著的攝像機和物體是不同的東西，有不同的本質，那麼整個哲學大廈，就要動搖了。即使我們通過物體存在的狀態來分別也是不行的。你不能說攝像機是開著的，通著電，電自然有磁場。這是沒有錯的。可是實驗室通電的就只有攝像機嗎？ 發射電子的裝置是擺設嗎？
所以不同的就是「定向觀測」這個問題。不過我說實話，這是思前想後，目前能想到的合理自洽的解釋。其他幾個想法都被我否決了。
而且觀測距離也是問題，也就是距離是有限制的。不能說你在一個露天實驗室做這個實驗，我在月球上看著你，或我在樓頂對著你實驗裝置的雙縫看著，能影響你的實驗結果嗎？ 電子干涉條紋不會出現嗎？ 肯定會出現，而不是不會出現。
但問題又來了，那麼為什麼干涉影響不了光束呢？答案是光束和一個電子的「穩定性」不同。影響的能量不足以影響到光束形成干涉條紋，但足以影響到電子的干涉條紋形成。這就是量子力學與宏觀物理學的區別。這也是我在上面說電子是「敏感」的。
所以第二個難題的解答，就是上面所說這樣。我總結一下。觀測是有影響的，但分無序影響和定向影響。定向影響會幹涉到電子干涉條紋的出現。而無序影響不會的。
至於影響的機制，是通過場，還是通過直接影響電子。我自己以為是通過場，通過時空來影響，作用於電子，以這樣的方式來說破壞電子的干涉條紋形成。
這個研究方向的實驗不難做。我希望科學家看到，可以做一個相關實驗。比如一個實驗外的定向磁場，來影響電子雙縫實驗，干涉條紋的結果也應該不能出現。取消這個定向磁場的影響，干涉條紋出現。這個時候，定向磁場就充當了「定向」影響。
好了，兩個問題都解決了。但可能大多朋友理解上還有困難，我既然是寫科普，寫科普啟發。就應該寫的更通俗一點。我再針對這兩個問題，分別舉一個形象的例子以幫助大家理解我要表達的思路。
第一個單電子干涉，需要有波動性的。就好像一個人跳格子，左一下，右一下，這樣就留下了干涉條紋。不是說一個粒子同時通過兩個縫隙。
第二個觀察行為影響結果，可以這樣理解。一組「電子」水波，向前走，遇到擋板的兩個縫隙，大家知道肯定要發生干涉條紋的。但這個時候，水盆里突然掉入一塊石頭，干擾了干涉條紋的形成。沒有這塊石頭【觀測行為】，干涉條紋將會出現。
好了，各位，今天的科普內容，就到此為止。一個量子物理學的漩渦中心問題，我當然希望自己的解釋是正確的。但我經常說，我們的問題永遠沒有最後一個。所以關於我的解釋，你一定能找到問題，一定會有很多。其實我自己也找了幾個。
但留給你們吧。我的能力有限，不妥之處，大家多討論。生命在於運動，生命更在於探索。你想像中的世界有多美，真實的世界就有多美。
摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》。
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