很多人聽過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)后會(huì)認(rèn)為“玄之又玄”，于是有了“遇事不決量子力學(xué)”。實(shí)際上，量子力學(xué)是人類了解宇宙底層邏輯的敲門磚，而雙縫干涉實(shí)驗(yàn)則是量子力學(xué)核心的顯現(xiàn)，下面我聊聊雙縫干涉實(shí)驗(yàn)到底多“詭異”，它揭示了宇宙哪些核心？

薛定諤的貓、上帝擲骰子、平行宇宙哪來(lái)的？

由于量子太過(guò)抽象，因此我們把量子現(xiàn)象過(guò)渡薛定諤的貓，再回到雙縫干涉實(shí)驗(yàn)就容易理解了。這是薛定諤給我們理解量子力學(xué)的好例子。

話說(shuō)啊，有個(gè)封閉的盒子里面裝一只貓，然后一個(gè)量子裝置連著毒藥瓶，貓的生死取決于量子性質(zhì)，如果量子發(fā)生衰變貓死，反之則沒(méi)事。換句話說(shuō)，貓的生死間接表現(xiàn)了量子的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題是貓最后是死的，還是活的？

各路大佬都說(shuō)出了自己的看法，主流看法有三個(gè)：

哥本哈根學(xué)派，波爾：這是只量子貓，它在盒子里的概率是100%的可能性是活的，同時(shí)100%可能性是死的，兩種狀態(tài)同時(shí)存在，疊加在一起，當(dāng)你打開盒子一瞬間，貓的生死才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，生死的結(jié)果是隨機(jī)的。

愛因斯坦、薛定諤：貓50%是死的，50%是活的，我們打開盒子之前它就已經(jīng)死了，或者還活著，我們打開盒子看到的是結(jié)果，而不是誘發(fā)結(jié)果。

愛因斯坦：波爾，按你的意思是打開盒子時(shí)，上帝發(fā)現(xiàn)有人要來(lái)看結(jié)果了，趕緊搖號(hào)決定了貓的生死？

波爾：你別管上帝能干什么！

休·埃弗雷特：安靜安靜，我還沒(méi)說(shuō)呢！首先波爾的疊加態(tài)我是認(rèn)同的，但是100%+100%=200%，打開盒子前與打開盒子后應(yīng)該守恒才對(duì)，因此我認(rèn)為如果打開盒子時(shí)貓死了，那么活著的貓應(yīng)該存在于另外一個(gè)世界中——平行宇宙。

愛因斯坦、薛定諤、波爾：你厲害， 我們竟然不知道如何證明你說(shuō)的是錯(cuò)的！

故事先到這里，看得懂看不懂沒(méi)關(guān)系，先說(shuō)結(jié)果：波爾是對(duì)的！而平行宇宙證明不了，最多算假說(shuō)。在這個(gè)故事中有幾點(diǎn)很重要：

1.貓即死又活的狀態(tài)——疊加態(tài)

2.打開盒子意味著觀測(cè)，觀測(cè)會(huì)讓疊加態(tài)隨機(jī)坍縮為單一狀態(tài)。（上帝搖號(hào)?。?/p>

3.前兩點(diǎn)，打開前與打開后，還隱含了波粒二象性。（下面再說(shuō)）

光到底是什么？——雙縫干涉的“詭異”

接下來(lái)我們看雙縫干涉，這事要先從牛頓說(shuō)起，源于一個(gè)看似簡(jiǎn)單，然而誰(shuí)都答不上來(lái)的問(wèn)題——光是什么東西？

圖：牛頓三棱鏡實(shí)驗(yàn)

牛頓作為當(dāng)代學(xué)霸，為光學(xué)做出了不少貢獻(xiàn)，比如陽(yáng)光是由多種光混合而成的三棱鏡實(shí)驗(yàn)就是他搞出來(lái)的。他認(rèn)為光又能反射，還折射，運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)改變，就像乒乓球扔墻上會(huì)反彈回來(lái)，因此它最小的單位應(yīng)該是粒子。

十九世紀(jì)，托馬斯·楊反擊牛頓，他只干了一件事，讓一束光通過(guò)了兩條小縫，后面有塊感應(yīng)屏。“按照牛頓的說(shuō)法”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該是兩條條紋，如下面：

實(shí)際上卻出現(xiàn)了下面的結(jié)果：

于是老楊說(shuō)光就像下面的水波一樣，其實(shí)波：

通過(guò)縫隙的光波變成了兩個(gè)波，兩個(gè)波接觸干涉，出現(xiàn)和水一樣的現(xiàn)象，于是在屏幕上顯示出干涉條紋。

這就是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，但是詭異的事情是量子力學(xué)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

好景不長(zhǎng)，隨著黑體輻射實(shí)驗(yàn)，普朗克發(fā)現(xiàn)光能量是一份一份不連續(xù)的，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，即光與原子作用時(shí)是以粒子的形式交換能量的。于是大家重新審視雙縫實(shí)驗(yàn)，對(duì)它進(jìn)行升級(jí)。

既然光是一粒一粒的，那么我們把光子一粒粒通過(guò)雙縫會(huì)發(fā)生什么？（實(shí)際實(shí)驗(yàn)用的是電子，道理是一樣的）

大佬們很快地照著兩條縫像機(jī)關(guān)槍一樣發(fā)射一梭子電子，顯示屏上隨機(jī)出現(xiàn)大量的粒子，但站遠(yuǎn)點(diǎn)看這些粒子同樣組成了干涉條紋。既然是粒子，為何會(huì)發(fā)生干涉？

于是有人認(rèn)為一大堆電子在一起擠來(lái)擠去的所以發(fā)生了干涉，有點(diǎn)像兒童樂(lè)園里的海洋球，當(dāng)你跳進(jìn)去，海洋球雖然是一粒一粒的，但是會(huì)像波一樣往向外擴(kuò)散，于是就有了雖然是粒子但同樣會(huì)發(fā)生干涉。但真的只是這樣嗎？

圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

科學(xué)家再次做了實(shí)驗(yàn)，改成了“手槍式”發(fā)射，“啪”打一發(fā)電子，電子到達(dá)了感應(yīng)屏，再打下一發(fā)，杜絕了兩個(gè)電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生干涉。然而科學(xué)家懵了，快點(diǎn)打和慢點(diǎn)打，結(jié)果是一樣的，屏幕還是出現(xiàn)了波動(dòng)性，才會(huì)出現(xiàn)的干涉條紋，而不是兩條條紋！也就是說(shuō)單個(gè)電子發(fā)生了干涉，那么它和誰(shuí)干涉呢？就兩個(gè)縫，它只能選一個(gè)穿過(guò)，另一個(gè)縫沒(méi)有電子出來(lái)，上哪干涉去？

為了解決了問(wèn)題，大佬們就在實(shí)驗(yàn)中安上了光電探測(cè)器“去看它”，看看電子是如何完成干涉的！結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子老老實(shí)實(shí)的在感應(yīng)屏上形成了兩條條紋。大家：上帝，告訴我發(fā)生了什么！

上面的故事已經(jīng)給了答案：波粒二象性

先按不靠譜的平行宇宙理論來(lái)解釋：你不看時(shí)，電子即從A縫過(guò)去，又從B縫過(guò)去，然后發(fā)生了干涉，你可以理解為量子出現(xiàn)了一個(gè)分身。如果你去看它，宇宙就分裂了，如果電子從A縫進(jìn)入，那么平行宇宙中的電子就從B進(jìn)入，是我們?nèi)ヌ綔y(cè)引起了宇宙的分裂，導(dǎo)致處于兩個(gè)宇宙中的電子（分身）無(wú)法形成干涉。

波爾的解釋：前半段和平行宇宙一樣，電子處于疊加態(tài)，這是一個(gè)波的狀態(tài)，但當(dāng)你去看它，就隨機(jī)坍縮成了粒子態(tài)。

愛因斯坦：無(wú)法解釋！肯定有什么我們還沒(méi)弄清楚的，反正上帝是不會(huì)搖號(hào)的。

圖：我們印象中電子在原子中是這樣的

圖：實(shí)際上它是這樣的，因此也叫電子云，具有概率性、波動(dòng)性。

到目前的科學(xué)研究成果來(lái)看，波爾是對(duì)的。量子具有波粒二象性，這是量子力學(xué)的核心。一個(gè)電子同時(shí)具有波與粒子的性質(zhì)。

當(dāng)它沒(méi)有坍縮成粒子時(shí)，雖然也是以單個(gè)粒子發(fā)射，但波的性質(zhì)也在發(fā)揮著作用，當(dāng)你發(fā)單個(gè)電子就類似于發(fā)射出水波，你發(fā)射了一堆電子，其實(shí)就是在發(fā)射一堆波，這些波都會(huì)按著干涉后的結(jié)果顯示在感應(yīng)屏上。當(dāng)你探測(cè)電子，它坍縮成單獨(dú)的粒子性質(zhì)，所以一堆電子打出去，沒(méi)有發(fā)生干涉，只出現(xiàn)兩條條紋。

如果不理解量子的性質(zhì)就會(huì)覺(jué)得，我不看出現(xiàn)干涉條紋，我看了卻不干涉了，似乎有點(diǎn)“恐怖”，理解了就理所當(dāng)然了，量子力學(xué)是目前人類發(fā)現(xiàn)的宇宙最底層的邏輯，它可以解釋宇宙起源，大到宇宙的構(gòu)成，小到組成宇宙最小結(jié)構(gòu)的粒子的形成。