在物理學(xué)上曾發(fā)生一次令人驚訝的“靈異事件”——“電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)徹底展示了量子世界和量子力學(xué)的神奇之處,顛覆了人們的認(rèn)知。在現(xiàn)實(shí)世界中,一切都是確定、可描述和可預(yù)測(cè)的,這是愛因斯坦的“決定論”。這一觀念被那個(gè)實(shí)驗(yàn)顛覆。將介紹恐怖的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)做過(guò)不止一次,內(nèi)容會(huì)稍有不同,各種升級(jí)版不斷涌現(xiàn)。

最常見的雙縫實(shí)驗(yàn)使用光而不是電子。實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單,一個(gè)擋板上有兩條狹縫,后面是屏幕。向擋板發(fā)射光,大部分光被擋住,只有少量通過(guò)兩條狹縫。如果光是粒子,屏幕上會(huì)出現(xiàn)兩道條紋。如果光是波,會(huì)出現(xiàn)多道條紋,即干涉條紋。這實(shí)驗(yàn)證明了“光究竟是粒子還是波”的疑問(wèn),結(jié)果顯示出干涉條紋,證明光是波。隨后進(jìn)行了升級(jí)實(shí)驗(yàn),重復(fù)之前的步驟,但每次只發(fā)射一個(gè)光子。一開始,屏幕上出現(xiàn)了零星的亮點(diǎn),但隨著光子數(shù)量的增加,出現(xiàn)了神奇的畫面,屏幕上仍然呈現(xiàn)出干涉條紋。
這里出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題:要產(chǎn)生干涉條紋,需要波進(jìn)行干涉。但科學(xué)家逐個(gè)發(fā)射光子,單個(gè)光子只能通過(guò)其中一條狹縫。單個(gè)光子如何產(chǎn)生干涉?與誰(shuí)產(chǎn)生干涉?是單個(gè)光子同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫,與自身產(chǎn)生干涉嗎?實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,單個(gè)光子必須同時(shí)通過(guò)兩條狹縫,才能與自身產(chǎn)生干涉!這如何可能?為了解釋這個(gè)問(wèn)題,實(shí)驗(yàn)再次升級(jí)?科學(xué)家在狹縫的旁邊安裝了攝像頭(探測(cè)器),想看看單個(gè)光子到底是如何通過(guò)狹縫的。這次用的不再是光子,而是電子,因?yàn)榭茖W(xué)家很難直接觀測(cè)到光子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出乎意料:電子并非同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫,而只從其中一條穿過(guò)。科學(xué)家如釋重負(fù):好在電子沒有同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫!而事情并未就此結(jié)束,更令人不安的是在實(shí)驗(yàn)時(shí),屏幕上的干涉條紋消失了,變成了兩條杠。

而當(dāng)科學(xué)家停止觀測(cè)時(shí),干涉條紋又重新出現(xiàn)!這表明,人類的觀測(cè)行為改變了電子的狀態(tài),影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電子似乎能感知科學(xué)家何時(shí)進(jìn)行觀測(cè),一旦觀測(cè),干涉條紋即消失;不觀測(cè),則重新出現(xiàn)。哥本哈根學(xué)派,尤其是波爾,提供了解釋,即哥本哈根詮釋。據(jù)此,電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)涵蓋了量子力學(xué)三大規(guī)律:不確定性、疊加態(tài)和觀測(cè)行為。疊加態(tài)是微觀粒子的固有屬性,使其處于混沌的疊加狀態(tài),如同光子既是波又是粒子。電子同樣具備這種波粒二象性。

疊加態(tài)意味著電子可同時(shí)穿過(guò)兩狹縫(處于疊加態(tài)),自我干涉。不確定性指發(fā)射電子時(shí)無(wú)法確定其到達(dá)屏幕位置,只能用概率描述其可能位置。
另外有一點(diǎn)就是觀測(cè)行為,任何觀測(cè)行為都會(huì)讓微觀粒子的疊加態(tài)和不確定性發(fā)生坍縮(波函數(shù)坍縮),從不確定的混沌狀態(tài)變?yōu)榇_定狀態(tài),這也是干涉條紋消失的原因。