什么是双缝干涉实验,这个实验有什么意义?未来会如何发展?

小虎有话说

发布时间:02-1008:34

先问两个问题:

1光源方向射向哪里?单个光子发射的时候 方向是指向哪里?既然说“单个光子” 那么它有运动方向吧?这个运动方向是指向两个孔正中间吗?

2 如何定义测量?假设实验用的测量仪器由 透镜,ccd,电路板三部分组成。我只把透镜放上去结果会如何?我同时把透镜 ccd组装放上去结果会如何?我同时把透镜 ccd 电路板组装放上去不通电结果会如何?我同时把所有组建安装并通电 结果会如何?

解答:

1. 这里光源的发射方向是无规则的。一般而言,自然界包括人造灯发的光都是无规则均匀地往外发射,这种现象来源于一个微观事实:原子受激后,如果没有其他影响的话,发射光子的角度是不固定的。那有没有例外呢?有的,那就是激光,激光拥有非常好的准直性和相干性,也就是说都是朝一个方向发射。这里你可以理解为光源是一个原子,每次只激发一个光子,方向是均匀随机的。当然如果角度比较偏的话,会被反射回来,不能透过去,这种情况是当然存在的,所以这个结论是统计意义上的。

2. 测量就是说通过物质间相互作用,测量者获得了被测量者的信息。宏观上来说,你看一个东西硬不硬,你需要戳一下,这其实是你的手指和它进行相互作用。测量是需要探针的,就像是CCD去测量光子的有无,也是因为接收了光子后,光子与电子发生相互作用,电子被激发成光电子,产生了电子信息,这样你才能知道“哦,这里有光子。”所以你也可以这么理解为什么测量对于微观世界的影响这么重要--因为在宏观世界,你的测量探针相对于你测量的东西来说微乎及微,构不成什么影响。但是对于微观世界,你用一个电子去探测一个光子,那你就会把这个光子完完全全的改变的。

实操的双缝干涉实验

有没有可能 因为有了测量(物质之间的相互作用),使得光子失去了波的特性?在宏观世界(我的看法不一定准确)波其实是有载体的。比如水波的载体是水 空气中声波的载体是空气 钢管中声音传播载体是钢管。光的波粒二象性,有没有可能粒子是它波动特性的载体?

这里的实验中所看到的的干涉图样不是因为光子与原子网格发生的折射。那是因为可见光一般的波长是在微米量级,而原子间的间隙一般为埃(0.1纳米)的量子。只有在光的波长和狭缝的尺寸类似的时候,才会发生干涉。这里你也看到了,光子的波长和原子晶格的尺寸相差非常大,它们也会发生互相作用(比如吸收,反射),但是不会发生干涉。但是你这里可以进一步想,那我找个更小波长的可以不可以,这是一个很聪明的想法。电子的波长一般为埃,所以如果是用电子作为入射粒子的话,那么后面所产生的干涉条纹,就是电子和原子干涉所产生的。事实上,这个实验在历史上是一个诺贝尔奖,证明了电子是波。

光子干涉实验示意图

但我一直不确定非相对论性量子力学这套能不能直接照搬来解释光,“光子的波函数”这种说法有严格定义吗?因为一般学的都是电磁场量子化,光子不过是某个自由度的场量子,就跟声子一样,在这种理解下,干涉还是电磁场在干涉,只不过是量子化的电磁场。我隐约感觉这两种解释殊途同归,不过一直没看到哪里有这么说的。

不论放不放第二个分光镜,光子经过第一个分光镜后总是处于被反射和透射的叠加态。然后如果你放第二个分光镜,那这个处于叠加态的光子就和自己再进行一次干涉,结果是永远只被一个探测器探测到。如果你不放第二个探测器,那这个光子就会保持叠加态,直到最后被两个探测器中的某一个探测到,并坍缩到对应的本征态上。这样就不会有未来影响过去的问题了。感觉用坍缩这个词,不太合理。既然量子力学是统计,那么坍缩这动词就有误导了,感觉是引发了某种物理现象似的。实际情况只是统计结果不同吧?为什么不同?因为不是同一个物理过程。观察行为的加入使得看似相似的过程,其实是两个很大不同的过程。不同的过程自然产生不同的统计结论。

我一直怀疑这是因为仪器测量精度的问题,导致我们以为发射的是单个光子。有没有可能其实每次我们发射出来的都是一段波,这个波某个位置有一个高峰值也就是那个光子。在没有测量的情况下,这段波必然出现干涉,而在有测量的情况下,测量仪器对这个峰值出现了相互作用,导致能量被集中到这个峰值,使得峰值更高,其它位置没有能量,所以无法出现干涉。如果是一个人,别人不注意的时候会很自在,假如有人盯着,做啥事都不自然,即便是离得很远,敏感的人(甚至于不敏感的)都有感觉,会毛毛的,或者不自在。这还是两个等维度的人。目光的凝视是会发出某些讯息的,以波的形式或者粒子的形式。换成光子的运动,旁边来一个不知几百万倍大的玩意儿在看它,有温度,还发出各种信号,电流,怎可能不会影响它微小的路径。测量水流,仪器一入水,都形成阻力了,改变水流的速度方向呢,还会局部形成小涡流。测量量子态的微小娃娃,更不用说了。

电子双缝干涉实验装置图

我有这么一种设想,如果一个实验小组,做双缝干涉实验,然后实验的房间被人偷装了摄像头,观察这个实验,但是实验小组的人完全不知情。

那么,现在这个实验是至始至终被人观察的,然而实验小组的人确完全不知情。

在这个前提下,做双缝实验,

会出现那种“被观察是一种结果,不被观察是另外一种结果”的情况吗?

如果不会出现两种结果,那这个实验小组的人会不会得出与别人不同的结论?

如果出现了两种结果,那这个实验是一直再被人偷偷观察的啊!为什么会出现两种结果呢?

假设在精度足够的情况下,把观察光路A和B做成从地球到月球再折返回地球,使得A=B,这样属于不可观察,从而出现干涉。

这时月球上设立一个宇航员,每天早上八点按照他是否感到快乐决定是否改变A=B,快乐:A不等于B,不快乐:保持A=B

按照现在实验的理解,当八点整时,宇航员如果宇航员感到快乐,使得A不等于B,那么可观察条件建立,那么地球上就应该同时出现干涉。

问题是:【这干涉的出现的时间是在八点之前还是八点整?】

如果出现在八点之前,那说明光子在通过双缝时就“预测”到几秒后月球上宇航员八点整是否会感到快乐。

如果出现在八点整,那月球上的宇航员就和地球建立了超光速的信息传递。

时间和因果关系在这里混乱了……

光因为是一种波,所以在通过双缝之后,会发生干涉现象,从而在屏幕后面形成明暗相间的条纹

量子力学里的测量,怎样强调都不过分,因为量子力学里的测量跟经典物理的测量是不同的,经典测量是可以说是被动的记录(也一定的影响),但量子力学里的测量是被测客体直接与测量仪器发生了相互作用,对被测客体产生了干扰,从而影响了测量结果,这个结果不是观察的人产生的,是测量仪器产生的。很多人在这里会产生混淆,所以才觉得这个实验恐怖,还有什么延迟双缝实验颠倒因果律之类的说法。如果地球被压缩,可以一直压缩到直径9mm大小,然后变成一个小小的黑洞,引力大到连光子都逃匿不出,从我们的眼前消失。变成黑洞后,体积有没有继续缩小,我们已经无论如何也不知道了。 那么,组成我们宏观世界的基本粒子到底是什么?最后无法逃匿的光子(光量子)到底是什么?它们真的可以用宏观的小球和波去比拟,去想象,去思考吗?

光子通过单缝时,随机落在屏幕后面的一片区域内

可见光只是电磁波的一小部分。

不仅是地球,整个宇宙都被各种各样的电磁波充斥。只是我们只能“看到”可见光而已。

我们呼吸的空气是各种气体的混合体,其分子比光子大无限倍(光子没有静质量),除了风以外,你也几乎感受不到空气的存在。

其实,无论如何,电磁波还算一种真实的存在,包括电磁波在内的所有物质也只占宇宙总量的4%,其他的暗物质和暗能量我们无论如何都感受不到,但它们确实充斥宇宙。如果想解释双缝干涉与不确定性原理首先得解释什么是光,而要解释光就要跳出原有的波粒二象性理论,从构成宇宙万物的本源上来探讨。

最终我们会明白原来一切如此简单。

为了证明我的正确性提出2个实验,1、把可以产生干涉的双缝延伸至足够远然后封闭射入端,用同源光线照射双缝,然后同时打开,在足够远的接受屏上先出现衍射后出现干涉。

2、在较大质量恒星周围发射不同频率光,红光的弯曲度大于蓝光。提个醒,之所以不说波长而说频率那是因为波长是假想量而频率才是真实量。

A 在 X 轴的自旋分量(Ax)如果向上,B 在 X 轴的自旋(Bx)一定向下,,但是 B 在 Y 轴和 Z 轴上的自旋(By、Bz)呢?

双缝实验是在真空中做的吗?我想到的是为什么太空中的水滴是圆的形态出现?宏观中,你们能解释,但是微观中,它们也是每个原子在杂乱无章的震动。还有就是,波,为什么是以圆为路径传播?那么有没有一种可能,无论你单个粒子多么跳跃,但是在宇宙中,总有一种神秘的力量,让你慢慢的变成圆。就像每个粒子,选择的是自己最优的路径,但是亿万个不确定的粒子,都以最优路径传播后,呈现出来的画面就是波了。其实并不存在相互干涉,而是最优路径的碰撞,产生了相互干涉的错觉?

我个人认为未来可能会出现三种情况:

1.成功建立一套理论,统一解释了微观和宏观体系,这是最乐观的。

2.划定了微观和宏观的界限,证明这界限在数学体系上无法跨越,类似热力学熵增定律,这在客观上可以接受

3.最悲观的,永远突破不了理论体系,物理学遇到天花板,不依靠外部信息输入,封闭系统永远无法完全自证。

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