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科學的盡頭是神學?讓科學家不安的雙縫干涉實驗,究竟是什麼?
2023/02/13

人類作為地球上最有智慧的生命,從誕生以后就開始不斷的探索世界的奧秘,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度還是很快的,人類之所以能夠有如此之快的發展速度,離不開那些偉大的物理學家,在人類科技發展的道路上出現了很多偉大的物理學家,比如說牛頓、愛因斯坦、哥白尼、伽利略、霍金、薛定諤等等,這些偉大的物理學家為人類的科技發展作出了重大的貢獻,而且很多科學家還會因為一個理論爭論幾十年,在科學發展史上,有很多著名的實驗,比如說雙縫干涉實驗,這個實驗被稱為是科學界一個非常詭異的實驗。

雙縫干涉實驗的由來還要從1913年開始說起,當時波爾在一次實驗中,提出了氫原子的量子化假設,後來到了1924年的時候,德布羅意提出了物質波的概念,他認為電子可能是一種波,并且利用實驗證明了這一點,後來科學家發現光的運行和電磁波是一樣的,所以當時有很多科學家認為,光是一種波,但是有很多相信牛頓的科學家認為,光是一種粒子,牛頓是人類歷史上最偉大的物理學家之一,牛頓的萬有引力定律給人類打開了宇宙的大門,讓人類知道了天體運行的基本規律,在17世紀的時候,牛頓利用三棱鏡做了一個經典的實驗,他將太陽光成功的分成了七色光,後來牛頓提出光是一種粒子。

于是有很多人都相信牛頓的觀點是對的,光到底是粒子還是波,當時在科學界一直爭論不休,科學家們為了證明光的性質,于是做了雙縫干涉實驗,科學家認為如果光是粒子,那麼它就會筆直的從兩條縫隙中穿過去,由于其它光子都被擋板擋住了,所以會在擋板背后的屏幕上形成兩道杠,如果光是一種波,那麼當光穿過兩條縫隙時會分裂出兩條波,這兩條波就像是水面的波紋一樣,能夠各自震蕩然后發生交涉,最后在屏幕上面留下斑馬線一樣的條紋。第一次實驗結束之后,科學家發現墻上出現了明暗相同的干涉條紋,這個結果證明了光其實是一種波。

這時候認為光子粒子的學派不相信這個事實,他們要求進行第二次實驗,不過第二次實驗和第一次實驗不同的地方在于,第二次實驗科學家在狹縫后面加上了電子探測器,這樣能夠準確的看到光子是從哪一個孔穿過去的,最終科學家發現,光子要麼是從左邊穿過去,要麼是從右邊穿過去,而實驗最終的結果證明了光其實是一種粒子,就在科學家還在爭論光到底是粒子還是波的時候,法國科學家德布羅意提出光具有波粒二象性,這個結論表明了光既是一種粒子也是一種波,那麼為什麼會出現這種情況呢?

科學家認為,當實驗沒有觀測者的時候,粒子處于疊加狀態,這個疊加狀態通過雙縫的時候有一半通過A縫隙,另一半通過B縫隙,沒有觀測者的時候就意味著沒有人能夠證明光子走了哪條縫隙,這個時候的粒子處于疊加狀態,看到的現象就是粒子形態,但是由于粒子非常小,所以沒有人能夠直接觀測到它,在實驗中,如果只看結果不看過程,那麼科學家永遠都不知道光到底是從哪個縫隙中穿過去的,這會導致光子一直處于疊加狀態,最后就形成了干涉條紋,但如果要讓粒子的疊加狀態坍塌,那麼就必須對實驗進行觀測。

因為觀測的原因,所以光子的路徑就被鎖定了,最終干涉條紋就消失了,不得不說,光子確實是一種非常神秘的物質,而且這個實驗最終證明了觀測者非常重要,這也是量子力學當中一項非常著名的理論,量子力學是在19世紀由眾多科學家一起創立的,當時科學家已經無法利用經典力學來解釋微觀世界的問題,于是科學家創立了量子力學,量子力學由普朗克、玻爾、海森堡、薛定諤、德布羅意、費米、狄拉克、愛因斯坦等人一起創立,在微觀世界中,量子力學起到了非常重要的作用。

除了雙縫干涉實驗之外,在量子力學當中還有量子糾纏、薛定諤的貓等等著名的實驗理論,量子力學讓很多人想不通的是,為什麼觀測者能夠改變事物的最終結果,按照我們正常的思維來說,一個事物的最終結果,無論有沒有觀察者,它都應該是注定的,就比如說我們將一直鉛筆從空中仍向遠處,那麼它最終的結果一定是落到地面上,這只鉛筆不可能因為有了觀測者就會停留在半空中,所以在很多事情上,人類只看重結果,不看重過程,但是量子力學告訴我們,過程要比結果更加重要,因為觀測者能夠直接改變事物的最終結果。

比如說薛定諤創立了一只半死不活的貓,薛定諤認為,如果將一只貓放在一個封閉的箱子中,然后在這個箱子里裝上少量的鐳和氰化物,鐳的衰變存在一定的機率,如果鐳發生衰變,那麼就會觸發機關打碎氰化物的瓶子,這會導致大量的毒氣釋放出來,貓就會死亡,如果鐳不發生衰變,那麼氰化物的瓶子就會被打碎,這樣貓就會活著,其實想要知道這只貓到底有沒有死亡,只要我們打開箱子看一下就知道了,但是薛定諤認為,如果人類不去觀測它,那麼貓就有兩種狀態,要麼死亡,要麼活著,這時候貓處于死亡和活著的疊加狀態,如果人類去打開箱子觀測這只貓,那麼貓的結果就注定了。

它只有死亡和活著一種結果,而不去觀測它就會出現兩種結果,雖然看上去這個實驗像是鉆了牛角尖,但是在量子力學中,薛定諤的貓使微觀不確定的原理變成了巨觀不確定的原理。當時薛定諤認為,在量子力學中,有很多理論和我們現實中的認知是不同的,也有不少科學家懷疑量子力學到底是不是一個完美的理論,包括很多創立量子力學的科學家都認為,量子力學并不完美,因為它在巨觀世界中,存在很多違背事實的情況。他為了能夠將這個想法表現的更加清晰,就提出了薛定諤的貓這個思想實驗,後來科學家根據這個思想實驗,衍生出了平行宇宙的觀點。

相信很多人對平行宇宙都應該有一定的了解,科學家認為,在我們的宇宙外面應該存在無數個宇宙,而且每一個宇宙都是獨立的,但是每一個宇宙之間都存在一定的聯系,科學家認為,在一定情況下,平行宇宙會疊加在一起,這使得出現兩種不同的結果,比如說薛定諤的額貓,科學家認為,在進行實驗的時候,箱子里面存在兩個世界,這兩個世界和外面的事情并不相同,在其中一個世界中,貓是活著的,但是在另一個平行世界中,貓已經死亡了,只不過這兩個世界相互糾纏在了一起,就出現了貓的疊加狀態,如果我們打開箱子,那麼另一個世界就會消失,這時候我們只能夠看到一個世界的結果。

如果按照這個說法來看的話,那麼光的波粒二象性是不是也是因為平行宇宙的原因,關于平行宇宙的說法在科學界有很多種,不少科學家認為,平行宇宙就是有一個宇宙衍生出來的多個宇宙,簡單來說就是在我們的宇宙中,任何人的任何決定,都會產生無數種可能性,而 這種可能性在我們的世界中只能夠發生一次,但是在平行宇宙中,所有的可能性都會發生,比如說你站在一個十字路口,你選擇走哪一條路,那麼你的結果就已經注定了,因為你選擇的這條路已經將你在路上遇到的一切事情都注定了,但是在平行宇宙中,你在每一條路上的遇到的事情都會發生。

因為平行宇宙將你選擇的路全部衍生出來,這就相當于你走任何一條路,會遇到什麼情況,都會在平行宇宙中發生,關于平行宇宙還有一個著名的悖論,這個悖論就是祖父悖論,這個悖論的大概意思是,如果你能夠穿越時空回到過去,將你年輕時的祖父殺掉,那麼你的祖父就不可能生下你的父親,沒有你的父親就不可能有你,既然沒有你那麼你是如何殺掉你的祖父的?雖然在現實生活中,這種情況不可能發生,但是這個思想實驗證明了一個道理,就是平行宇宙,科學家認為,當你穿越時空回到過去以后,在你殺掉祖父的一瞬間,你的世界就已經發生了變化。

這時候你所在的世界和你原本的世界已經不同了,而是進入了另一個平行宇宙,在另一個另行世界中,你的祖父已經死亡了,所以你的父親在這個平行世界中已經不存在了,但是你原本的世界中,你的祖父并沒有死亡,所以有很多科學家認為,或許平行宇宙真的存在宇宙中,只是我們還沒有找到它們而已,在科學界中,有很多人類無法解釋但又存在的思想實驗,這些思想實驗無法用現在的科學家來證明,但它們又是真實存在的,所以科學家只能夠利用未知的理論去證明它們。

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