中國科學院院士、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧在一次采訪中說:如果你問我說是有沒有上帝呢,如果你所謂的上帝是個人形狀的,那我想沒有,如果問我說是有沒有一個造物者,那我想是有的,因為整個這個世界的結構并不是偶然的,偶然是不可能創(chuàng)造出世界這么多奇妙的東西。 光的雙縫干涉實驗 相信許多人都聽過著名的“光的雙縫干涉實驗”它證明了“光的波粒二象性”。雙縫干涉實驗,起初人們?yōu)榱颂剿鞴獾谋举|,光到底是由什么 組成的而建立的實驗,科學家們想弄明白光是一種波還是一種粒子。 著名物理學家牛頓認為,光是由粒子組成,憑借牛頓在經(jīng)典物理學方面的造詣,絕大多數(shù)物理學家都支持牛頓。 第一次雙縫干涉實驗 1801年,英國物理學家托馬斯-楊,決定用實驗來驗證牛頓經(jīng)典物理學認為的光是粒子究竟是否正確,這個實驗就是經(jīng)典的楊氏干涉實驗,也稱為雙縫干涉實驗。實驗原理很簡單:1,讓太陽光穿過濾鏡2,再穿過一張開了一個小孔的紙3,讓光再通過一條細小的狹縫4,在探射屏上觀察光的狀態(tài),來驗證光到底是波還是粒子。 這個實驗的原理是兩種假設:1,光如果是由粒子組成,那么光束通過狹縫后,在探射屏上應該會觀察到對應于狹縫尺寸和形狀一樣的圖案。2,相反,如果光是一種波,那么光束照射于兩條互相平行的狹縫,在探射屏上顯示出的是一系列明亮條紋與暗淡條紋相間的類似斑馬紋一樣的圖案。最終楊氏雙縫干涉第一次驗證了,這個點光源穿過雙縫后形成了斑馬紋一般的波紋,說明,光的傳播被干涉了,而這種干涉現(xiàn)象,只有在波的情況下才會產(chǎn)生,所以牛頓理論錯誤。 第一次雙縫干涉實驗證明了光是一種波,于是托馬斯-楊將論文發(fā)表在《物理光學的相關實驗與計算》,光是一種波被人們普遍接受。 多年以后,科學家們發(fā)現(xiàn),第一次干涉實驗是通過濾鏡來獲取一個點光源,嚴格地說是一個光束,光束包含著無數(shù)光子,當它們在同一時間經(jīng)過雙縫,肯定會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,所以不能夠僅此證明光就是波。第一次干涉實驗不夠嚴謹。 第二次雙縫干涉實驗 和第一次實驗不同,這次,實驗人員通過光子槍,將光子一粒一粒發(fā)出,每次隔開幾秒,光子槍就會自動朝縫中發(fā)射光子,最后投射到屏幕上,這樣操作,由于光子是一粒一粒發(fā)出的,因此理論上講它們應該不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 可是事實卻不是如此,被單獨發(fā)出去的光子,在穿過雙縫后,也發(fā)生了干涉現(xiàn)象,這就奇怪了,按道理講,一束光里面光子與光子產(chǎn)生干涉很正常,現(xiàn)在是一粒光子一粒光子發(fā)出去,應該不存在光子與光子之間互相干涉才對呀。 科學家猜測:可能是單個光子在通過縫隙時,分裂成2個,而且互相發(fā)生干涉,也有可能是發(fā)生了現(xiàn)今科學無法解釋的現(xiàn)象。 于是,科學家們想到了一個很好的辦法:在兩條縫隙邊各自安裝一個探測器,用于探測光子在穿越縫隙時怎么從一個變成兩個,如果不是一個分裂成兩個,它們又是怎么發(fā)生彼此干涉。 奇妙的事情發(fā)生了 光子不干涉了,你沒聽錯,它們不干涉了,安裝了探測器之后,單個光子穿過雙縫投在屏幕上的現(xiàn)象并沒有干涉,簡單的說,就是光子好像知道有探測器在監(jiān)視著它們,沒有探測器時它們就互相干涉,有探測器時它們就不互相干涉。是不是細思極恐,毛骨悚然,令人費解。仿佛有什么秘密不想讓人類知道,光子們知道人類在窺視它們,人們的一切 操作都在它們的眼皮底下。 這個實驗證明了,光即是粒子,也是波,這個現(xiàn)象就稱為:光的波粒二象性,它們以何種形態(tài)出現(xiàn),取決于是否有觀測者在觀測它們,簡單的說,就是你若看我,我就是粒子,你若不看我,我就是波。這是什么情況?似乎有一雙無形的眼睛一直在看著你,它們知道你的一切。你想窺探它們?沒門。 舉個簡單的例子 假如你是個白領,整天與電腦為伴,你在上班時候打游戲,這時老板突然回來了,你趕緊切換游戲界面,換到辦公軟件,假裝在工作,老板看了很滿意的走了,這時你又切換為游戲界面打游戲 在這個情況中,你有兩個形態(tài),一個是打游戲,一個是用辦公軟件,而究竟是哪一種,取決于老板有沒在身邊看你,老板看你,你就是在用辦公軟件,老板不看你,你就在打游戲。這就是波粒二象性的通俗比喻,如果你就是一個光子,而你老板就是探測器,觀測者,那么你呈現(xiàn)波的形態(tài)或者是粒子的形態(tài),就取決于觀測者有沒有在看你。這是不是很詭異,有點迷信的味道,光子就好像有自己的意識,它知道有沒有人在觀測它,就像你知道你老板是不是在查看你有沒打游戲一樣。 物理學家愛因斯坦在晚年就認為:上帝不可能擲骰子。這想法跟我國物理學家楊振寧所說意思類似,那就是這個世界不可能是偶然的,宇宙似乎存在某種造物主,制定了一系列秩序規(guī)則。這造物主不一定具有人的形態(tài),至于是什么,這是困擾人類認知的最大問題。 |
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