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它只是一個非常簡單的科學實驗,卻揭示了一個很難解釋的科學現象

人類誕生於數百萬年前,數百年前,人類開始走進科學發展的時代,科學的快速發展讓人類文明實現了質的飛躍,科技給人們帶來來了優質的生活,同時也讓人類實現了飛天的夢想,走出地球開始探索宇宙。

科學的道路上自然少不了大量的科學實驗,而每一項成功的科學能夠最後成為真理,也必須要經過無數次的科學實驗才行,人類數百年來出現了很多的科技,在它們的背後更是付出了科學家數不不盡的科學實驗。

相信很多朋友上學後開始接觸物理的時候,就會伴隨著各種實驗,其中有一個高中實驗,相信很多朋友都還記得,它就是雙縫干涉試驗,這是高中物理課上的入門級知識,這個實驗非常簡單,老師通過這個實驗,告訴我們它背後所隱藏的科學現象。

我們先來簡單回顧一下這個試驗,這個實驗是用來證明光的波粒二象性,首先我們準備一個蠟燭,在在蠟燭後面放置一塊只有一條長縫隙的擋板,這個擋板的作用是讓蠟燭發出的光先衍射,變成一束穩定的相干光源,這樣可以排除干擾,能更清晰地觀察到試驗結果。

然後在這個擋板的後面再放置一塊有兩長長縫隙的擋板,第二塊擋板的作用是讓相干光變成同樣的兩列光源,這兩列光源發生干涉,相位相同效果就加強,相位有差就抵消,最後再放置一塊黑色屏幕,承接干涉產生的明暗條紋。

通過這個簡單的實驗,讓我們明白了光不僅是粒子,同時它也具有波動性,這就是光的波粒二象性。波粒二象性不僅存在於光子中,質子、電子和其它基本粒子都具有這種特性,它們即是一種粒子也是一種波。所以用電子進行雙縫干涉實驗,也會出現明暗的紋路,並且電子更容易觀察。

雖然這只是一個高中課上常見的實驗,但是它背後所隱藏的科學直到現在還沒有完全破解,可能我們高中看到的這個實驗是非常簡單,表現出來的也僅僅是光的波粒二象性,但是這個實驗卻是科學家非常關注和重視的一個實驗,為什麼科學家們對它如此看重,原因就是它背後隱藏的真相一旦被破解,有可能給人類文明帶來再一次的飛躍。

那麼這個雙縫干涉試驗背後到底有什麼樣的秘密存在呢?科學家對它為什麼如此關注?原來,在1961年,科學家進行了電子雙縫干涉實驗,將若干電子發射到前方有兩條相互平行的狹縫中,電子在通過狹縫後會在後面的探測屏上留下最終的運動位置,以便實驗人員進行觀察、總結。

正常情況下,若干電子在通過雙縫之後會在後面的探測屏上留下兩條與狹縫對應、平行的亮紋,但事實並不是這樣,實際上後面的探測屏上出現了多條明暗相間、相互干渉的條紋,這顯然與最初的預計不符。最初科學家認為,這可能是若干電子在運動時發生了撞擊造成的。

科學家為了避免出現電子撞擊的情況再發生,於是於是將電子一個、一個的進行發射,這樣電子之間就不可能發生碰撞,但實驗結果還是沒有改變,探測屏上依舊就多條幹涉條紋,好像一個電子可以同時穿過兩條狹縫一樣,十分詭異,沒有任何理論能解釋得通這種現象的如何產生的。

1974年,梅里教授又進行了電子雙縫干涉實驗,不過這次梅里教授為了弄清楚這種詭異的現象究竟是怎麼發生的,梅里教授在雙縫的入口安裝了極高清的攝像頭,它可以直接觀察到電子的運動情況,但令梅里教授沒有想到的是,他安裝攝像頭的這一舉動使這項實驗發生了更加詭異的事情,震驚了整個科學界。

梅里教授的實驗依然是將電子一個一個進行發射,然後梅里教授通過監視器觀看電子的運動情況,梅里教授驚訝的發現:原本預想的探測器上很多相互干涉的條紋不見了,電子如最開始人們預想的一樣,直線的通過雙縫,並且留下了兩條平行、對應的亮紋。

這是什麼情況?為什麼只是安裝了一個攝像頭想觀測電子的運行情況,就出現了這種詭異的現象,為了弄清楚真實的情況,梅里教授將攝像頭關閉,再次做這個實驗,結果探測器上再次出現了很多相互干涉的條紋,可是將報像頭再次開啟的時候,這些條紋又消失了,再次變成兩條平行的條紋。

這種詭異的現象在科學界引起了巨大的轟動,後來又有不少科學家對此進行了實驗,而且採取的設備也越來越高級,可是結果還是一樣,只是有觀測設備開啟,條紋就只有兩條平行的條紋,觀測設備關閉,很多條紋就會再次出來。

這種詭異的現象彷彿電子是有生命的,被人發現了就變成粒子態,沒被發現就偷偷變成波態,完全顛覆了認知。為了進一步解釋這種現象,科學家設計了延遲實驗,但結果更是毀三觀。延遲實驗的原理相當於把探測器移到了擋板和屏幕之間,讓粒子先做出選擇然後再觀察。

例如當單個光子通過擋板後,瞬間開啟探測器,這時單個光子通過兩條縫已經成為了事實,我們再觀察它的運動路徑發現它只通過了一條縫,並且這時干涉條紋消失,只剩下一個亮點,這就相當於將因果關係顛倒了。不管科學家如何進行實驗,只要有觀測設備介入,波的狀態立馬消失,只剩下粒子狀態。

如今,人類科技已經有了巨大的進步,已經開始進入量子領域的研究和探索,這是人類文明的巨大進步,可是這個雙縫干涉實驗背後所隱藏的秘密仍然無法破解,科學家雖然也有對此進行過各種猜測,但是沒有一個可以站住腳,能夠有效解釋這種詭異的現象。

當然,這並不是說電子就是有生命的,這必然也是一種科學現象,我們現在解釋不了,只是科學還沒有發展那個程度。一個小小的雙縫干涉實驗,有可能將會完全揭開量子世界粒子的真正本質,我們現在對子光子,電子等粒子的了解只限於它具有波粒二象性,即是粒子也是一種波,但更深層次的意義我們就不知道了。

如果人類能夠揭開這個實驗背後所隱藏的科學真理,對於整個科學界來說將會是一個巨大的飛躍,人類文明也會實現再一次的飛躍。有關這個實驗,科學家也在繼續進行著各種實驗,相信在不久的未來,一定可以搞明白它背後的秘密,揭開這個困擾了科學界半個世紀的謎團。

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