杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)

中学物理在讲到光的特性与量子物理初步知识的时候,讲到了光具有波动性,光是一种波,而最能证明光具有波动性的实验之一,就是著名的杨氏双缝干涉实验

诡异的杨氏双缝干涉实验

杨氏实验的过程并不复杂,先让一束光(或者电子束)穿过一个狭窄的单缝,使光变成单一的可以形成干涉的光源,再让这束光穿过两个距离很近的狭窄的双缝,理所当然的,在双缝后面的光屏或者感应接收器上,得到了明暗相间的干涉条纹。

杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)(1)

不过,这一切理所当然的物理现象,在后来新发现的现象中,被完全打破了。在后来的实验中,物理学家们想要观察一下,在某一瞬间,到底光波中的光子或电子是穿过了哪一条双缝,于是就把感应器对准双缝中的一条进行观察,结果诡异的事情发生了。

在建立的对双缝的观察者之后,物理学家发现,光的干涉现象奇迹般的消失了,再也观察不到光波的干涉现象了。物理学家们经过反复的实验,最后得出了一个令他们完全崩溃的结论:杨氏双缝干涉的结果,与是否对它进行观察有了因果逻辑关系。你不观察它,干涉就能发生,一旦你对它进行观察,干涉就不再发生,这是物理学家们完全不能接受的现实。

发现了问题,总要去寻求答案,于是对杨氏双缝干涉实验出现了各种各样的解释,有些甚至是牵强附会的解释,有的仅仅是为了使逻辑上通达,能说明自己接受而已。

这里大家一起来研究一下,对杨氏双缝干涉实验的一些新的解释。

观测者对目标的影响其实很普遍

先说一个容易理解的例子,有人喜欢唱歌,在自己家里或者没人的地方,唱歌唱得非常好,可是一旦他登上舞台,有了观众,也就是观察者,在唱歌的时候,有人就会手心冒汗,心慌意乱,歌也唱不好了。当然也有一种人的性格是人来疯,观众越多,他表演得越好。但是无论是唱得更好了,还是唱得不好,都是观测者影响了他本来的唱歌状态,这是一个观察者对被观察者施加影响的例子。

另一个例子,需要理解它,思维又要向前跨一步。现在的电脑液晶显示器,由于液晶的特性,它发出的光线是一种偏振光,如果你拿一个偏振眼镜片(开车的朋友很多都配有这种眼镜),对着电脑屏幕进行旋转,就会发现显示器的亮度在周期性的变化,从明亮到完全看不见,再到明亮。液晶显示器发出的光线并没改变,但是由于观察者的作用,最终得到的观察结果发生了改变。

杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)(2)

再回到杨氏双缝干涉实验,物理学家认知的基础,是默认为观测者,也就是观察仪器对实验本身没有影响,就像是对电脑硬盘仅仅只是进行了读取操作一样,没有改变实验的状态。然而真是这样吗?从一般物理认知可以知道,作用与被作用者永远都是相互的作用影响,根本就没有独立的作用存在。那么可以推测,在观察者对杨氏干涉实验进行观察的时候,一定是对被观察者产生了影响,只是这种影响是如何发生的,以现阶段的物理实验手段,还没有能力观察到这么深的物理层次而已。

这应该是一种最能接受的解释,观测者的介入影响了杨氏双缝干涉实验的结果,是真实发生了影响,如何影响的,需要去研究,如果强制认为观察者对实验没有影响,可能从一开始就犯了研究方向性的错误。

不承认有这种深层的影响存在?

伟大的物理学家爱因斯坦,直到去世也无法理解与接受的一个事实:量子纠缠现象。量子纠缠难以接受的是两个量子的超距作用,这里先详细解释一下什么叫做量子纠缠。

物理学上有这么一个有趣的现象,电子在绕着原子核高速旋转的时候,还在自转,这种现象叫做电子的自旋。假如两个电子在距离很接近的时候,会发生一种自旋完全相反的情况,假如一个电子自身旋转方向是顺时针,另个一电子旋转方向就必然是逆时针,这两个电子就形成一个发生了纠缠现象的电子对。如果人为地改变其中一个电子的旋转方向,把其中的一个电子由顺时针自旋,变成了逆时针自旋,另一个电子的旋转方向也会跟着改变,电子纠缠了吗。

杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)(3)

那么诡异的现象来了,当把两个电子分开,拿到距离很远的地方的时候,例如一个电子在地球上,而另一个在月球上,人们惊异地发现,这种量子纠缠现象依然存在。当改变了地球上的电子的自旋方向后,月球上的电子自旋方向也跟着改变了,物理在这里发生了超距作用。

这是爱因斯坦完全无法接受的现象,所以爱因斯坦绝对不会承认有这种现象存在的。非常遗憾的是它偏偏就发生了。

理解杨氏双缝实验,需要全新的时空观

人类最容易理解的概念是时间与空间的概念,时间每时每秒都在流逝,人对时间感觉很强烈,而空间最容易理解的感觉就是距离感。但是人最难理解的也是时间与空间的概念。

时间到底是什么东西?除了能观察到周围的世界,仿佛随着时间的流逝在不断的变化之中外,还有就是看着手表,计时器在不断地跳动、走动。除此之外,时间在哪里?世界是物质的,那么时间是哪种物质?时间真的存在过吗?还是人习惯了对变化的一种描述。从根本上讲时间是人大脑里抽象出来的一种概念而已,它可能从来就没有存在过。

再说到空间的概念,用距离感来解释空间,容易理解一些,假如测量西安到北京的距离,从行车路线应该有很多不同的距离,那么到底那条路才是两地之间的真正距离?这个不难解释,人已经规定好了,两地之间拉条直线,就是真正的距离,这是在二维平面里面的最短距离,它表示了一种空间。

杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)(4)

那么问题来了,当我们增加一个维度的时候,在三维空间里面观察两地的距离,特别是如果空间发生了弯曲,在弯曲的空间里,两地之间的距离是多少?有一点可以肯定,不是一条直线之间的距离了。如果空间维度再增加,增加到四维、五维甚至九维、十维,这两地的距离还存在吗?在多维空间里,从一个维度直接进入另一个维度,根本就没有距离存在了。

杨氏双缝干涉实验的空间解释

对杨氏双缝干涉实验的另一种解释,是认为在光子穿过双缝的实验中,一个光子同时穿过了两条缝隙,从而破坏了干涉形成的条件,当然了,这是反逻辑的,常人无法接受的解释,如果站在多维的时空角度来思考,这种现象,就是可以理解的。杨氏双缝干涉实验中的那两条双缝,双缝之间的距离空间,其实根本不存在。这种解释也可以解释量子纠缠的原因了,那就是所谓的超距作用是不存在的,因为根本就没有距离。

杨氏干涉实验细思极恐(诡异的杨氏双缝干涉实验)(5)

观测者之所以对实验现象产生了影响,是观测者的介入,恰好破坏了双缝在二维空间的距离形成条件,最终导致了无法理解的结果出现。人们只能接受的,其实是一种顺序的时空观。原因决定结果,如果反过来了,当人们突然发现,结果能决定原因的时候,就会变得完全无法接受了,人的局限性思维就在这里,思维定式使然,思维模式已经固化与僵化了。

结束语

人最不能接受的就是逻辑上的悖论,从认知上就希望它是不存在的,遗憾的是悖论偏偏是存在了,从理发师悖论,到薛定谔的猫。悖论不是反逻辑,只是人们喜欢掩耳盗铃习惯了某些逻辑而已。无法解释的,不能理解的都希望它不存在最好,因为它是无法解释的,从心理学上这是人无法接受的,无法接受的事实,最好的办法就是去回避掉。

人最需要的是提高认知心理层次,这个才是最重要的。

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