双缝干涉实验公式解释,双缝干涉实验公式的推导过程

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-06 13:47:48

加了探测器的双缝干涉

这就是神奇的地方,区区一个探测器竟然改变了光的性质,这个现象的原理是什么,众说纷纭。量子力学的现象与量子力学的诠释大家可看作两个学科。例如双缝干涉实验的神奇现象的确存在,但背后的原理可以说到现在还没个定论,通过薛定谔的波函数方程我们可以计算出光子左缝或者右缝的概率以及微观世界中那些电子,原子的运动。所以目前人类对量子力学的了解就是会用,但不知其原理,就像古人会用火,但是不知道火为何物一个意思。

观察者效应

对于双缝干涉的解释,比如以波尔和海森堡为代表的哥本哈根学派提出的观察者效应解释,认为观察者可以决定被观察物体的性质。简单理解的话,就是我们只能讨论观察者和被观察物体之间的关系,当光子没被观察时,它是什么并没有意义。比如一朵花,我们之所以可以感知到花是因为它有鲜艳的颜色,并且我们可以闻到它的香味甚至触碰到它。也就是说其实是我们一连串的感官决定了花的性质,也许在一个蚂蚁眼中,花并不长那样。

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所以在此次实验中放置于左缝和右缝的两个探测器似乎就起到了观察者的作用,探测器在时,光子呈现粒子的性质。探测器不在时,光子呈现波的性质。至于探测器是如何影响光子的,我们完全不了解。也有科学家认为充其量也就是探测器在探测光子时或多或少总归会发射出电子之类的,那么电子会”撞”“到光子从而改变它的性质。

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这条裙子是蓝黑还是黄白呢

量子擦除实验

也许是,所以到了1982年,美国得克萨斯州农工大学的物理学家斯库利提出了一个名为量子擦除实验的实验。其实也就是在双缝干涉实验的基础上稍作了改动,原本是左缝和右缝都放在探测器,新型的实验中仅放一个探测器在双缝周围。无论光子通过左缝还是右缝,探测器都会报告,我们无法得知光子究竟是经过了左缝还是右缝,也就是说我们将这一信息擦除了。

结果明暗条纹又神奇的出现在后面的屏幕上。看来探测器对光子的影响并不是我们想象的仅仅是用电子去”撞”一下那么简单。似乎我们是否有手段得知光子究竟会经过左缝还是右缝的信息,才是真正影响光子性质的因素。所以真正的观察者效应光那么简单的理解还是不够的。

真正的观察者效应和不确定性原理

要理解真正的观察者效应其实需要和不确定性原理一起理解,不确定性原理是海森堡1927年提出的,是爱因斯坦晚年极力反对的一个原理。比如在双缝干涉实验中,光子通过左缝还是右缝是不确定的,完全随机决定,而爱因斯坦偏偏认为一定存在某些隐变量我们还不知道,如果我们知道了所以的先决条件,那么一定能预测出光子究竟会通过左缝,还是右缝,这也是比较符合常识的理解。

但是事到如今,经过了玻爱世纪之争,贝尔不等式裁决最终隐变量理论被证明是错的,而不确定性原理及观察者效应至今还无法证伪,能打败不确定性原理的,也许只能是平行宇宙论。这边就不展开讲了。

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平行宇宙

总而言之,在单一宇宙中,光子会通过左缝还是右缝,的确无法预测。而更要命的是,“观察”这一动作,是触发光子确定通过左缝或者右缝的开关。不观察它时,光子就是波,同时经过了左缝或者右缝,也就是量子叠加态,光子此时同时处于左缝或者右缝。而当我们观察它时,它却只给我们展示一个确定的状态?这才是观察者效应真正神奇的地方。

薛定谔的波函数方程是用来计算概率的。所以波尔将未观察时的状态统为概率波,而观察后就没薛定谔方程什么事情了,所以被称为波函数塌缩。原来的概率塌缩成了一个确定的状态,这就像你抽一发十连抽,没抽之前那10张牌背的正面并不存在确定的牌,而是所有可能抽到的牌的叠加态,或者其实正面什么都没有,因为它们正处于一个概率波的状态。一旦你点击抽取,那么便随机给了你确定的牌。

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