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【交流】詳談單粒子在雙縫實(shí)驗(yàn)中的自我干涉(附演示視頻)

【交流】詳談單粒子在雙縫實(shí)驗(yàn)中的自我干涉(附演示視頻)

作者: zhaoshenxx (站內(nèi)聯(lián)系TA)    發(fā)布: 2011-03-03
楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)自來(lái)就是人類探求物質(zhì)波動(dòng)性和粒子性的一個(gè)重要窗口,每次改進(jìn)都曾帶給人啟迪和欣喜的發(fā)現(xiàn)。隨著研究的不斷深入,這個(gè)實(shí)驗(yàn)也變得越來(lái)越復(fù)雜神奇,尤其是后來(lái)單個(gè)發(fā)射電子通過(guò)雙縫的實(shí)驗(yàn),其結(jié)果更是令人乍舌!粒子居然是自己和自己干涉的!
這幾天看到一些我們論壇的朋友的爭(zhēng)論(不乏一些名宿),覺(jué)得大家對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的了解還是比較少的,于是查閱了一些資料,這個(gè)實(shí)驗(yàn)在世界比較高端的實(shí)驗(yàn)室,每天都可以重復(fù)的進(jìn)行的,只是在中國(guó)好像還不太容易做。以下是一個(gè)比較完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程的模擬視頻,其中實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是從真實(shí)實(shí)驗(yàn)中抽象出來(lái)的,其中傳統(tǒng)雙峰實(shí)驗(yàn)的過(guò)程相信大家都了解了,主要看單個(gè)電子干涉的那部分,出自影片《兔子洞里到底是什么》,希望大家看看,先有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。
//v.youku.com/v_show/id_XNDI2MTc4MzY=.html
接下來(lái)筆者會(huì)對(duì)其中的一些細(xì)節(jié)逐一解釋,預(yù)計(jì)分這幾個(gè)方面:
1發(fā)射單粒子的光源以及雙縫,在實(shí)際中存在與否,是什么樣子;
2單粒子從發(fā)射到雙縫再到屏上的細(xì)節(jié);
3關(guān)于觀察者的觀察竟然影響離子運(yùn)動(dòng),以及影響條紋出現(xiàn)的解讀;
筆者會(huì)盡可能知無(wú)不言,但是見(jiàn)識(shí)可能還是比較淺薄的,希望大家多交流,多指教。
1實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn):
讓一個(gè)一個(gè)粒子通過(guò)雙縫的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做出來(lái),不單單電子/光子/還有中子等,這些粒子一個(gè)個(gè)通過(guò)雙縫的實(shí)驗(yàn)稱為"積累",因?yàn)楦缮鏃l紋是在一段時(shí)間后顯現(xiàn)的,實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家通過(guò)多年的努力終于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
最早實(shí)現(xiàn)單個(gè)發(fā)射的是電子,下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)是近期的,hitachi2002做的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn),其中的電子發(fā)射源不難實(shí)現(xiàn),但是根據(jù)德布羅意理論,電子的波長(zhǎng)僅為1點(diǎn)幾A,所以雙縫選擇還是比較不易的,是通過(guò)一些晶體的層間距實(shí)現(xiàn)的。將實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)總結(jié)如下:
1,肉眼可以看到:屏幕一次只能收到一個(gè)電子 。
2,發(fā)射源與屏幕距離1米,電子速度是12000公里/秒,可以說(shuō)電子發(fā)出到接收時(shí)間可以忽略不計(jì)。如果是兩個(gè)電子同時(shí)通過(guò)雙縫,那么即使電子速度有細(xì)微差異,到達(dá)屏幕時(shí)間稍有差別,我們是絕對(duì)看不出來(lái)的。換言之,我們應(yīng)該可以同時(shí)看到兩個(gè)電子落到屏幕上。
3,屏幕上有干涉條紋。
這里有個(gè)重點(diǎn)要強(qiáng)調(diào),所謂單個(gè)電子的發(fā)射是以屏的接收為依據(jù)的,即無(wú)論每次發(fā)射能否保證僅發(fā)射一個(gè)電子,但是在發(fā)射間隔時(shí)間內(nèi),保證最多屏上只能接收到一個(gè)電子(或者收不到),這樣就保證了通過(guò)雙縫的電子都是單獨(dú)通過(guò)雙縫的(否則發(fā)射間隔內(nèi),會(huì)在屏上有多于一個(gè)電子的能量被檢測(cè))。
A.zeilingger等人實(shí)現(xiàn)了中子干涉圖像的積累,殿村等人以另一種形式實(shí)現(xiàn)了電子干涉圖像的積累,這里就不詳述了。后來(lái)feynman進(jìn)一步分析,如果用光照一下某一個(gè)狹縫以便判斷電子是否從這個(gè)狹縫經(jīng)過(guò),則干涉條紋就不會(huì)產(chǎn)生,也就是光子窺探,視頻中那個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)睫毛的眼睛。有關(guān)這方面內(nèi)容暫時(shí)留到在后面討論。
而單個(gè)發(fā)射光子的雙縫實(shí)驗(yàn),直到上世紀(jì)80年代,才被Aspect研究組實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)過(guò)程比較復(fù)雜,主要方法是通過(guò)激光雙光子共振激發(fā)Ca原子束,再配和一系列檢測(cè)“光的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)”的儀器,確保干涉裝置同時(shí)只存在一個(gè)光子。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了一個(gè)光子自己和自己的干涉現(xiàn)象。
2實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié):
首先有一點(diǎn)我們是要清楚的,可控光源發(fā)出的光都是一束,而非一條固定的直線,在我們發(fā)射多個(gè)粒子的時(shí)候是一束,單個(gè)發(fā)射時(shí)也是一束(而非這一束中確定的一條直線)。這一束光線必有一個(gè)自由范圍的(指角度),它必將覆蓋兩個(gè)狹縫,這個(gè)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的前提。舉個(gè)例子即使我們用激光,出現(xiàn)的也不是完全平行的光,都是漸開(kāi)的(雖然很不明顯),當(dāng)?shù)竭_(dá)雙縫所在平面時(shí),它擴(kuò)張的面積已經(jīng)非常大,而我們知道雙縫的大小和距離都是根據(jù)粒子波長(zhǎng)定的,我們選擇的粒子(電子等)的波長(zhǎng)都那么小,這個(gè)覆蓋是很容易達(dá)到的。于是這個(gè)粒子就有可能從雙縫中的任意一條飛過(guò),亦或是撞到雙縫所在的壁上沒(méi)有通過(guò)(事實(shí)上這種可能更大),就每次發(fā)射的粒子來(lái)講,可能到不了最后的屏上,但只要通過(guò)的都會(huì)被積累,時(shí)間久了,就出現(xiàn)了干涉條紋。
     強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),單個(gè)粒子之所以有通過(guò)“雙縫”的可能,來(lái)源于粒子源的特性,即在粒子發(fā)射的剎那,光子被賦予了向的不確定性。
     這里最難理解的還是光源發(fā)出的單個(gè)粒子的光線(姑且稱之為光線),在發(fā)射后到縫所在平面這段時(shí)間方向居然還是一個(gè)范圍而非確定的向(直到你企圖對(duì)它的軌跡進(jìn)行觀測(cè)),即在傳播中保持著初始時(shí)的向不確定性,這并不與“光的直線傳播”矛盾,因?yàn)樵诿總€(gè)可能向上光還是沿直線傳播的,而我們對(duì)光沿直線傳播的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也和這種假設(shè)毫無(wú)矛盾,這其實(shí)是對(duì)“光的直線傳播”說(shuō)法的擴(kuò)展,即“光可以沿不只一條直線傳播”。
     至此筆者只是在對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行客觀描述和常規(guī)分析,因?yàn)楣P者的初衷以這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程為依據(jù),來(lái)開(kāi)啟量子力學(xué)的學(xué)習(xí),為了符合更多新朋友的認(rèn)知順序,暫時(shí)不引入量子力學(xué)的相關(guān)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析解釋。(對(duì)于熟知量子力學(xué)只是得讀者可能顯得啰嗦了)
下面我們來(lái)討論一句話的理解:“光子既有可能通過(guò)縫P1又有可能通過(guò)縫P2”,這句話大家應(yīng)該都能接受,但是我們仔細(xì)想想這句話到底是表示“光子同時(shí)通過(guò)了P1和P2”還是“在那一瞬間只通過(guò)了P1、P2之一”?作為波似乎通過(guò)波面上的“P1和P2”更合理,可作為粒子似乎通過(guò)“之一”更合理。但此時(shí)我們只有一個(gè)光子,這一個(gè)實(shí)體如何再分?似乎“之一”的解釋更適合,可是屏上的結(jié)果卻是“P1和P2”共同作用的結(jié)果!這似乎有點(diǎn)矛盾?。ㄖ啦6笮缘呐笥芽赡軙?huì)說(shuō)這是粒子波粒二象性啊,但要知道這只是你給這一奇怪現(xiàn)象冠了一個(gè)名字,并沒(méi)有真正解決這一現(xiàn)象引發(fā)的矛盾)下面我們回到這一段開(kāi)頭的那句話“既有可能通過(guò)P1又有可能通過(guò)P2”,這句話其實(shí)還差一個(gè)條件,就是這個(gè)可能性能否被感知和預(yù)判。
  宏觀世界里我們生活中也有隨機(jī)的現(xiàn)象,但是要知道這些隨機(jī)的事件都是可以預(yù)判的(只要你掌握足夠的信息),哪怕是擲骰子你只需對(duì)它的受力做準(zhǔn)確的分析也是可以對(duì)他的隨機(jī)結(jié)果做預(yù)判的,真正的隨機(jī)現(xiàn)象實(shí)際我們很少見(jiàn)到,想以人工的方式模擬一個(gè)純粹的完全隨即現(xiàn)象幾乎是不可能的,但是這并不說(shuō)明這種完全的隨機(jī)(指永遠(yuǎn)不能預(yù)判,與我們測(cè)量能力無(wú)關(guān)的隨機(jī))在自然界是不存在的,正如我們很難把一個(gè)非光速粒子加速到光速,但是光速運(yùn)動(dòng)的粒子在自然界是可以找到的。如果我們承認(rèn)這種完全不可預(yù)判的隨機(jī)現(xiàn)象存在,即設(shè)“P1P2之一”這個(gè)“之一”永遠(yuǎn)不能被測(cè)量確定或預(yù)判,那么當(dāng)我說(shuō):“同時(shí)通過(guò)完全不能確定的兩縫之一”等價(jià)于“同時(shí)通過(guò)兩縫”的時(shí)候。你將永遠(yuǎn)不能驗(yàn)證這句話真?zhèn)?,因?yàn)楫?dāng)你嘗試區(qū)分這兩個(gè)概念的時(shí)候一定會(huì)破壞“完全不可確定的隨機(jī)”這個(gè)概念,于是這兩個(gè)概念居然真的是等價(jià)的!這里有一點(diǎn)繞,大家琢磨一下。
至此光子到達(dá)雙縫前的事情就都說(shuō)完了,做一個(gè)一句話的概括就是“這一個(gè)光子同時(shí)到達(dá)了雙縫P1P2”,那么接下來(lái)的衍射干涉過(guò)程將顯得十分順理成章,和傳統(tǒng)的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)很類似,不同的是從雙縫衍射出的波并非能量的光波,而是同一個(gè)光子通過(guò)不同路徑尚未確定的可能性。而屏上的結(jié)果是光子確實(shí)實(shí)現(xiàn)了“自己和自己的干涉”,即使是僅僅一次的發(fā)射,這個(gè)聰明的光子依然會(huì)落在雙縫條紋所準(zhǔn)許的那些點(diǎn)上,宛如分別發(fā)射的光子在事先已經(jīng)商量好了一般!
  這里有一個(gè)關(guān)于信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題要說(shuō),大家都知道最大的傳播速度是光速,按理任何信號(hào)的傳播都不能超過(guò)光速。為了解釋單個(gè)光子“這種先知先覺(jué)”的現(xiàn)象,還有另外一個(gè)解釋:有人提出光子可能在每一個(gè)細(xì)小的運(yùn)動(dòng)之前發(fā)出了某種信號(hào),對(duì)自己將要走的路徑上的各種情況做了一個(gè)完整的掃描,根據(jù)結(jié)果決定最終的路徑,然后再進(jìn)行運(yùn)動(dòng),但這里我們要注意,光子自己的運(yùn)行速度就是光速,它發(fā)出并接受的信號(hào)一定是超光速才能實(shí)現(xiàn)預(yù)判,信號(hào)的傳播速度實(shí)際要超距(即無(wú)限大),這已經(jīng)違背了光速最大原理。不過(guò)仍有人堅(jiān)持說(shuō):超光速的不是含有真實(shí)能量的光子,只是光子的一種信息,是可以超距作用的,說(shuō)到這種地步,其實(shí)又出現(xiàn)了不可驗(yàn)證真?zhèn)蔚恼f(shuō)法,即每一瞬時(shí)都發(fā)出并更新的信息,并且掃描的是全部的世界,包括我們測(cè)量的過(guò)程也會(huì)被不經(jīng)過(guò)時(shí)間的掃描在內(nèi),所以我們沒(méi)法設(shè)計(jì)檢驗(yàn)這種說(shuō)法的實(shí)驗(yàn)。這種說(shuō)法一定讓大家覺(jué)得更加荒謬!不過(guò)概括一下我們會(huì)發(fā)現(xiàn):這種說(shuō)法“準(zhǔn)許非能量的粒子已超光速運(yùn)動(dòng)”;而概率說(shuō)提出“準(zhǔn)許非能量的波動(dòng)充滿空間”,這兩者其實(shí)還真是異曲同工!一個(gè)挑戰(zhàn)了光速最大原理,一個(gè)挑戰(zhàn)了物質(zhì)在空間的存在形式!而兩者的假設(shè)都含有不可證偽的因素!當(dāng)然,最后量子力學(xué)更多選擇了后者,并在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)展的很好!
3測(cè)量的影響
  我們承認(rèn)完全隨機(jī)的不可預(yù)判性,結(jié)果導(dǎo)致了一顆光子同時(shí)通過(guò)兩個(gè)縫,這樣聽(tīng)起來(lái)荒誕離奇的結(jié)果。細(xì)心的讀者可能已經(jīng)開(kāi)始質(zhì)疑,你憑什么把“單個(gè)光子通過(guò)雙縫的現(xiàn)象”歸到完全不可測(cè)的隨機(jī)類型中呢?粒子通過(guò)雙縫中的哪一條又不是真正難測(cè)的事兒,于是許多人設(shè)計(jì)出了自己的試驗(yàn),企圖窺視光子究竟在那條縫通過(guò)!
   最早是Feynman提出的對(duì)單個(gè)電子雙縫實(shí)驗(yàn)的光子窺探,但是要知道電子(或中子)和光子的作用比較微弱,不易檢測(cè)。這個(gè)提議后來(lái)由Pritchard在MIT用原子干涉儀實(shí)現(xiàn)了這個(gè)實(shí)驗(yàn),他們用共振光照射干涉儀中的原子,發(fā)現(xiàn)如果光子能夠提供散射它的原子在干涉儀中的“哪一條路徑”的信息,原子的波動(dòng)性將被毀滅。
這里為了便于描述,筆者把這個(gè)實(shí)驗(yàn)做一些抽象和改變,使它更符合雙縫實(shí)驗(yàn)的模型。其實(shí)很簡(jiǎn)單,只是把粒子源改為發(fā)射單個(gè)原子,而其他實(shí)驗(yàn)條件與原雙縫實(shí)驗(yàn)沒(méi)有定性的改變,不過(guò)在雙縫處,設(shè)置一種發(fā)射光子的檢驗(yàn)裝置,每當(dāng)光子和飛過(guò)原子碰撞在一起的時(shí)候,光子將會(huì)被散射,我們通過(guò)檢驗(yàn)光子的散射角度,即可判斷原子從哪里飛過(guò)。這就相當(dāng)于視頻中那個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)睫毛的眼睛:)
     實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們成功的探測(cè)到了原子從雙縫中的一條(比如說(shuō)P1)通過(guò),但是,正如視頻中描述的那樣,一段時(shí)間后,屏上明暗相間的條紋不見(jiàn)了!當(dāng)我們拿走光子的檢驗(yàn)裝置重做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),屏上又出現(xiàn)了明暗相間的條紋!
   這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),其實(shí)視頻中在此處有一個(gè)小錯(cuò)誤,被窺測(cè)的實(shí)驗(yàn),最后在屏上明暗條紋消失,形成的是連續(xù)的光幕,而不是視頻中說(shuō)的兩條“彈痕”?。深惐群筮匛nglert和H.Walther的實(shí)驗(yàn)結(jié)果)
   光子窺探暫時(shí)只被實(shí)用于原子,而對(duì)電子,中子,光子為粒子源的雙縫實(shí)驗(yàn)窺探都未被真正實(shí)踐過(guò)(可能是筆者查閱資料的能力有限,沒(méi)能查到。讀者朋友要是見(jiàn)過(guò)類似試驗(yàn)資料,如能提供或指出,不勝感謝)。確實(shí),光子為粒子源時(shí),我們想用光子窺探或任何其他方法對(duì)光子通過(guò)那一條縫進(jìn)行觀測(cè),在技術(shù)上都是很難的。不過(guò)這已經(jīng)不重要,因?yàn)檫@個(gè)概念的核心矛盾已經(jīng)被在更高的層面上證明,所以這些實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)與否,已經(jīng)不會(huì)影響到相關(guān)理論的正確性。
   “看一眼”就能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果!這個(gè)現(xiàn)象要讓經(jīng)典物理學(xué)家們瘋掉了!抓狂之余,人們開(kāi)始仔細(xì)來(lái)考察“看”是如何作用的?到底是“看的過(guò)程”還是“看的結(jié)果”引發(fā)了粒子某種性質(zhì)的變化?“看的過(guò)程”可以這樣定義:某一主體通過(guò)某種方式對(duì)某一對(duì)象進(jìn)行觀察。而“看的結(jié)果”就是獲得了被觀察對(duì)象的某種信息。這里我們?cè)偬釤捯幌拢骸翱吹倪^(guò)程”中“主體”和“被觀察對(duì)象”都是確定的了,主要是“觀察方式”的選擇,而“看的結(jié)果”中最重要的就是所觀察對(duì)象的“信息被泄露”。“觀察”和“信息外漏”到底哪一個(gè)才是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因:rol:?
   到這里可能有一些讀者會(huì)有些糊涂:“觀察”和“信息泄露”不是等價(jià)的么?這里一定要強(qiáng)調(diào)一下:這兩個(gè)概念不僅不是等價(jià)的,而且彼此都不能推出對(duì)方,即彼此是非充分且非必要條件。詳細(xì)點(diǎn)說(shuō):“觀察”不一定“得到信息”,“信息泄露”也不一定非要通過(guò)“觀察”的方式。
   舉個(gè)例子:剛才的試驗(yàn)中,如果兩條原子路徑相差小于我們用來(lái)窺探的光子波長(zhǎng)的一半,這時(shí)雖然光子仍然會(huì)被散射,但卻不會(huì)提供原子路徑的信息,這時(shí)就是“觀察了但沒(méi)有得到信息”,在Pritchard實(shí)驗(yàn)中實(shí)際上驗(yàn)證了這種情況的存在,此時(shí)屏上仍然會(huì)出現(xiàn)明暗條紋。波動(dòng)性居然被保留了下來(lái)!
   可見(jiàn),僅以“測(cè)的過(guò)程是否發(fā)生”不能作為“結(jié)果改變與否”的判據(jù),這時(shí)聰明的讀者也許會(huì)說(shuō),說(shuō)不定:只有有效的測(cè)量,才伴隨能量的交換、引發(fā)對(duì)象性質(zhì)的變化,從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化。最初物理學(xué)家海森伯也是這樣想的,他通過(guò)一個(gè)設(shè)想實(shí)驗(yàn):用一個(gè)γ射線顯微鏡來(lái)觀察一個(gè)電子的坐標(biāo)。論證了量測(cè)的行為必然引發(fā)結(jié)果的不準(zhǔn)確性,并且給出了著名的測(cè)不準(zhǔn)原理不等式關(guān)系。詳細(xì)的論證過(guò)程在此不再詳述,因?yàn)樵S多書(shū)上都能找到。這也就是論證了“有效的測(cè)量行為可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響”。
   這時(shí)大家可能長(zhǎng)出了一口氣,看來(lái)是“有效的觀察行為”使結(jié)果改變。但實(shí)際上問(wèn)題沒(méi)有那么簡(jiǎn)單,因?yàn)椤坝^察”和“信息外漏”是非充分非必要條件。我們還沒(méi)有驗(yàn)證“無(wú)需觀察就得到信息”的條件下,結(jié)果會(huì)不會(huì)發(fā)生變化。也許你會(huì)感到困惑:這種情況存在么?好,讓我們來(lái)看下面一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
Englert和H.Walther基于量子光學(xué)微脈澤,一個(gè)長(zhǎng)壽命激發(fā)態(tài)的原子,通過(guò)高品質(zhì)微脈澤腔時(shí),會(huì)發(fā)射光子而退激到更低的狀態(tài)上。于是有了如下圖所示的實(shí)驗(yàn):

    這個(gè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在于:作為粒子源的激發(fā)態(tài)原子,單個(gè)原子發(fā)射后被激光激發(fā)(注:激發(fā)的過(guò)程是全部路徑上的原子,不能提供哪條路徑的信息,因此不是測(cè)量過(guò)程),此后原子就不再接受任何能量,也不需要任何測(cè)量,他會(huì)自發(fā)的在某一空腔內(nèi)退激,并發(fā)射光子,然后繼續(xù)飛向縫,最后落在屏上;同時(shí)發(fā)出的光子被我們檢驗(yàn)到在哪一個(gè)腔內(nèi)出現(xiàn)。圖中屏上的光強(qiáng)分布曲線分別對(duì)應(yīng):不設(shè)置隔離空腔和設(shè)置隔離空腔時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
   上述實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程,在沒(méi)有任何測(cè)量主體(人)和測(cè)量行為的情況下,完成了“路徑信息的獲取”??梢?jiàn)“觀察行為”并非“結(jié)果改變”的必要條件,“信息泄露”可能才是更直接的原因。同時(shí),把原子發(fā)出時(shí)的能量和到達(dá)縫平面時(shí)的能量相比較,發(fā)現(xiàn)前后能量并沒(méi)有發(fā)生變化。
   粒子“給出信息”,狀態(tài)即隨之改變,可見(jiàn)粒子的“信息”已經(jīng)獨(dú)立于能量之外(后來(lái)我們給這種信息賦予了物理意義,是空間出現(xiàn)的概率),成為其不可忽視的本質(zhì)屬性之一!
   再回到第三部分的開(kāi)頭,現(xiàn)在我們已經(jīng)驗(yàn)證了:“單個(gè)粒子通過(guò)哪條縫”是完全不確定不可預(yù)判的隨機(jī)。我們?cè)诓桓淖冸x子狀態(tài)的前提下一定無(wú)法預(yù)判它到底選擇了那條縫,因?yàn)轭A(yù)判就要得到信息,而信息外漏就影響了粒子的狀態(tài)。所以在不準(zhǔn)許“信息外漏”的前提下,“同時(shí)通過(guò)完全不能確定的兩縫之一”等價(jià)于“同時(shí)通過(guò)兩縫”。
   用一句話對(duì)“單粒子雙縫實(shí)驗(yàn)”的神奇做一下概括:?jiǎn)瘟W拥拇嬖跔顟B(tài)與信息有關(guān),粒子以信息的形式分裂為二,同時(shí)穿過(guò)雙縫,自我干涉。這樣我們才能真正解釋實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。
    單粒子的雙縫實(shí)驗(yàn):有力的支持了“任何物質(zhì)都具有粒子性和波動(dòng)性的雙重屬性”,而波動(dòng)性不再是“集體行為”,即使精確到一個(gè)個(gè)體,波動(dòng)性依然存在,只不過(guò)存在的形式已不是純能量的波動(dòng),而是以一種“信息(或者說(shuō)概率)”的形式?!巴恢黧w同一時(shí)間,可存在于不同位置”的神奇之處,使愛(ài)因斯坦也不禁驚叫:“我不相信,上帝也會(huì)擲骰子”,然而事實(shí)證明它是正確的。
      波粒二象性的存在,使原本看上去完美而平靜的經(jīng)典物理體系發(fā)生動(dòng)搖,也正是因?yàn)樗拇嬖?,使原本只能是沉悶、機(jī)械的世界泛起了靈性的漣漪。
收藏,慢慢看
你想看,就是發(fā)射光子到電子上,就有了光子與電子的相互作用,有相互作用就有能量交換,不同的光子具有不同的能量,與電子交換結(jié)果就是電子能量有不同的減少,所以電子電子變成沒(méi)有干涉是應(yīng)該的。
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-03 10:57:03:
這一束光線必有一個(gè)自由范圍的(指角度),它必將覆蓋兩個(gè)狹縫,這個(gè)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的前提。
這里最難理解的還是光源發(fā)出的單個(gè)粒子的光線(姑且稱之為光線),在發(fā)射后到縫所在平面這段時(shí)間方向居然還是一個(gè)范圍而非確定的向,這并不與“光的直線傳播”矛盾,因?yàn)樵诿總€(gè)可能向上光還是沿直線傳播的,而我們對(duì)光沿直線傳播的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也和這種假設(shè)毫無(wú)矛盾,這其實(shí)是對(duì)“光的直線傳播”說(shuō)法的擴(kuò)展,即“光可以沿不只一條直線傳播”。
...
用一個(gè)光子代表偌大立體角內(nèi)的若干"光線"?
這不是別人是否可以理解的問(wèn)題,而是樓主對(duì)量子力學(xué)的誤解和誤用。
一個(gè)光子不確定通過(guò)那條縫
正確無(wú)誤
只是您的解釋讓我迷茫了一陣子
很好的資源
在下昨天還不能理解您描述的光束繞過(guò)雙縫以前的事情
只是選擇的對(duì)象和系統(tǒng)不對(duì)
也就是說(shuō)沒(méi)有在完備的時(shí)空中討論問(wèn)題
今天問(wèn)題已經(jīng)解決
【交流】關(guān)于光的雙逢干涉的疑問(wèn)
感謝討論者:天仙老人, zhaoshenxx, andrew1019,GrasaVampiro, 211985:mad:, lpszk, xdecat, 來(lái)自天狼
好帖子就是好帖子
不管我個(gè)人是否接受樓主的觀點(diǎn)
剛才忘記評(píng)價(jià)資源了
不好意思
五星
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-03 10:57:03:
楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)自來(lái)就是人類探求物質(zhì)波動(dòng)性和粒子性的一個(gè)重要窗口,每次改進(jìn)都曾帶給人啟迪和欣喜的發(fā)現(xiàn)。隨著研究的不斷深入,這個(gè)實(shí)驗(yàn)也變得越來(lái)越復(fù)雜神奇,尤其是后來(lái)單個(gè)發(fā)射電子通過(guò)雙縫的實(shí)驗(yàn),其結(jié)果更是令 ...
可控光源發(fā)出的光都是一束,而非一條固定的直線,在我們發(fā)射多個(gè)粒子的時(shí)候是一束,單個(gè)發(fā)射時(shí)也是一束(而非這一束中確定的一條直線)。這一束光線必有一個(gè)自由范圍的(指角度),它必將覆蓋兩個(gè)狹縫,這個(gè)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的前提。舉個(gè)例子即使我們用激光,出現(xiàn)的也不是完全平行的光,都是漸開(kāi)的(雖然很不明顯),當(dāng)?shù)竭_(dá)雙縫所在平面時(shí),它擴(kuò)張的面積已經(jīng)非常大
貌似有點(diǎn)意思,
支持?。?/div>
不錯(cuò),收藏慢慢研究~~~
Originally posted by 愚公8538 at 2011-03-03 15:07:01:
你想看,就是發(fā)射光子到電子上,就有了光子與電子的相互作用,有相互作用就有能量交換,不同的光子具有不同的能量,與電子交換結(jié)果就是電子能量有不同的減少,所以電子電子變成沒(méi)有干涉是應(yīng)該的。
終于有時(shí)間回帖和繼續(xù)寫了。
呵呵,你說(shuō)的意思是:測(cè)量了就伴隨能量的變化。你的猜測(cè)不僅和我的當(dāng)時(shí)想的一樣,還和許多古典物理大師暗合呢,關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的解釋我后面還會(huì)詳細(xì)的談。
Originally posted by 211985:mad: at 2011-03-03 17:31:50:
用一個(gè)光子代表偌大立體角內(nèi)的若干"光線"?
這不是別人是否可以理解的問(wèn)題,而是樓主對(duì)量子力學(xué)的誤解和誤用。
一個(gè)光子不確定通過(guò)那條縫
正確無(wú)誤
只是您的解釋讓我迷茫了一陣子
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-04 18:57:22:
α)接下來(lái)我們不妨假設(shè):光源發(fā)出光子的一瞬間,這一個(gè)光子的方向就被確定為一條固定直線,并且這個(gè)光子通過(guò)了雙縫到達(dá)了屏,則它一定經(jīng)過(guò)了雙縫P1和P2中的一個(gè),不妨假設(shè)為P1。那么這時(shí),這個(gè)光子一定不通過(guò)P2,也就是說(shuō)此時(shí)(光子發(fā)出的一剎那,到通過(guò)P1的這段時(shí)間),我們用一個(gè)擋板(尺寸當(dāng)然很小很小)擋住P2,并不影響這個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。換句話說(shuō),檔與不擋P2,實(shí)驗(yàn)是等價(jià)的,即與縫極窄的單縫實(shí)驗(yàn)是等價(jià)的的,所以屏上最后出現(xiàn)的是幾乎連續(xù)的一片(或亮紋極寬的條紋),這與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果屏上出現(xiàn)的均勻的雙縫干涉條紋是矛盾的。所以假設(shè)不成立。   ...
β)這時(shí)再來(lái)看看筆者原來(lái)的說(shuō)法“單個(gè)粒子的光線(姑且稱之為光線),在發(fā)射后到縫所在平面這段時(shí)間方向是一個(gè)范圍而非確定的向”,向的不確定性必然在接下來(lái)的時(shí)間導(dǎo)致位置的不確定,從而出現(xiàn)在空間的概率性分布。這與概率波的描述沒(méi)有本質(zhì)上的不同。 ...
您的努力讓我感動(dòng)
但是
α)我不同意這個(gè)反證的過(guò)程
β)這是您對(duì)概率的錯(cuò)誤理解
Originally posted by 211985:mad: at 2011-03-04 19:58:01:
您的努力讓我感動(dòng)
但是我不同意這個(gè)反證的過(guò)程
這是證明過(guò)程,不是同意不同意的事,只有成立或不成立之說(shuō),所以很容易討論。只要你給出證明過(guò)程中那一步是錯(cuò)的,那就就可以說(shuō)證明不成立了,反之,證明就是成立的,所以你要給出哪一步是錯(cuò)的。
這證明過(guò)程就是自己的一個(gè)想法,不是沒(méi)有出錯(cuò)的可能,希望大家指出!
同時(shí)請(qǐng)教概率應(yīng)該如何正確理解?一直沒(méi)清楚樓上置疑的到底是什么?我想問(wèn)一下:你是不是在這個(gè)問(wèn)題上有異議呢:
一個(gè)光子是:同時(shí)既通過(guò)了縫P1又通過(guò)了P2,還是只通過(guò)了P1、P2之中的一個(gè)?
想聽(tīng)一下你的答案!
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-04 20:18:07:
這是證明過(guò)程,不是同意不同意的事,只有成立或不成立之說(shuō),所以很容易討論。只要你給出證明過(guò)程中那一步是錯(cuò)的,那就就可以說(shuō)證明不成立了,反之,證明就是成立的,所以你要給出哪一步是錯(cuò)的。
這證明過(guò)程就 ...
先聲明
我不反對(duì)"光子自相干"
α)我不同意這個(gè)反證的過(guò)程
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子被發(fā)射之后
它的命運(yùn)可以被確定
沿著直線走
如果它射向縫1
最終落到屏上
在這個(gè)過(guò)程的同時(shí)
您隨時(shí)可以擋住縫2
只要不同時(shí)擋住縫1就行
:tuzi22:
事情不是這么就完了
:tuzi20:
第二個(gè)光子被發(fā)射了
它可以沿著另一條直線走
但是不允許您擋住它
它是可以射向縫2的
快把您的障礙物拿走
否則就影響它到縫2了
那就不是雙縫干涉嘍
:tuzi2:
反正當(dāng)發(fā)射向縫1和縫2的光子
都不許您擋著
這才合理
:tuzi1:
至于那些過(guò)不了雙縫的光子
您別把它們放過(guò)去就行
:tuzi7:
若干光子過(guò)去了
統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的結(jié)果
是雙縫干涉的條紋
假設(shè)正確
:tuzi30:
Originally posted by 211985:mad: at 2011-03-04 20:49:32:
先聲明
我不反對(duì)"光子自相干"
α)我不同意這個(gè)反證的過(guò)程
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子被發(fā)射之后
它的命運(yùn)可以被確定
沿著直線走
如果它射向縫1
最終落到屏上
在這個(gè)過(guò)程的同時(shí)
您隨時(shí)可以擋 ...
這里不對(duì):當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子被發(fā)射之后
如果它射向縫1
它的命運(yùn)可以被確定,在這個(gè)過(guò)程中擋住縫2(你也同意了)
光子沿著直線走
最終落到屏上。
這時(shí)注意了,我問(wèn)你,這個(gè)光子落在了哪?絕不是雙縫干涉條紋所準(zhǔn)許的那些地方,而是單縫條紋準(zhǔn)許的地方,這兩個(gè)條紋是有很大差別的!換句話說(shuō),雙縫干涉條紋的一些暗紋處,這個(gè)光子出現(xiàn)的概率可能很大。(注意,雙縫干涉條紋可不是兩個(gè)單縫干涉條紋的疊加?。?br>我開(kāi)始理解你置疑的問(wèn)題了,正如我所猜的你在“同時(shí)通過(guò)雙縫和同事只通過(guò)雙縫之一”的問(wèn)題上果然沒(méi)弄清楚,你可以明確的給出這個(gè)問(wèn)題的答案么?
從你“。。。反正當(dāng)發(fā)射向縫1和縫2的光子,都不許您擋著這才合理。。?!边@句可以看出,你依然認(rèn)為“光子在發(fā)出的一剎那方向就已經(jīng)固定了”,其實(shí)路徑真的確定的時(shí)候,就像視頻中被那個(gè)眼睛看到了一樣,光子將失去波動(dòng)性!后邊的干涉將無(wú)從談起!這方面內(nèi)容作者在后面還會(huì)講到。
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-04 21:05:54:
這里不對(duì):當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子被發(fā)射之后
如果它射向縫1
它的命運(yùn)可以被確定,在這個(gè)過(guò)程中擋住縫2(你也同意了)
光子沿著直線走
最終落到屏上。
這時(shí)注意了,我問(wèn)你,這個(gè)光子落在了哪?絕不是雙縫干涉條紋所 ...
其實(shí)擋板只是個(gè)可有可無(wú)的道具
這是您的意思
我沒(méi)細(xì)想
不過(guò)
在一個(gè)光子到達(dá)某縫之前
最好把它收起來(lái)
免得再生其它事端
因?yàn)?br>對(duì)該光子而言
雙縫前面的事情已經(jīng)結(jié)束
雙縫后面對(duì)光子來(lái)說(shuō)
是另一個(gè)世界
那里形成的是典型的相干場(chǎng)
是屬于若干相干光子的時(shí)空
自然是按雙縫干涉的分布
去它該去的地方
Originally posted by 211985:mad: at 2011-03-04 21:23:48:
其實(shí)擋板只是個(gè)可有可無(wú)的道具
這是您的意思
我沒(méi)細(xì)想
不過(guò)
在一個(gè)光子到達(dá)某縫之前
最好把它收起來(lái)
免得再生其它事端
因?yàn)?br>對(duì)該光子而言
雙縫前面的事情已經(jīng)結(jié)束
雙縫后面對(duì)光子來(lái)說(shuō)
是另一個(gè)世界 ...
可有可無(wú)?這是我證明的核心啊!可見(jiàn)你沒(méi)有仔細(xì)看我的證明過(guò)程。
你的原話“不過(guò)
在一個(gè)光子到達(dá)某縫之前
最好把它收起來(lái)”你既然承認(rèn)“在發(fā)出的剎那(至到達(dá)縫平面前),光子方向已經(jīng)確定了”也就是承認(rèn)了“我是可以使用擋板的,并且不影響后續(xù)試驗(yàn)”,這兩句話前者必然推出后者,怎么可以把擋板隨意的收起來(lái)!因?yàn)榇藭r(shí)光的概率已經(jīng)集中在這一條直線上的點(diǎn)上了!
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-04 21:33:26:
可有可無(wú)?這是我證明的核心啊!可見(jiàn)你沒(méi)有仔細(xì)看我的證明過(guò)程。
你的原話“不過(guò)
在一個(gè)光子到達(dá)某縫之前
最好把它收起來(lái)”你既然承認(rèn)“在發(fā)出的剎那(至到達(dá)縫平面前),光子方向已經(jīng)確定了”也就是承認(rèn)了 ...
β)這時(shí)再來(lái)看看筆者原來(lái)的說(shuō)法“單個(gè)粒子的光線(姑且稱之為光線),在發(fā)射后到縫所在平面這段時(shí)間方向是一個(gè)范圍而非確定的向”,向的不確定性必然在接下來(lái)的時(shí)間導(dǎo)致位置的不確定,從而出現(xiàn)在空間的概率性分布。這與概率波的描述沒(méi)有本質(zhì)上的不同。
β)這是您對(duì)概率的錯(cuò)誤理解
態(tài)函數(shù)不是否定光直線傳播的理由
不確定性確實(shí)存在
我在波恩(Born)和沃爾夫(Woff)的<光學(xué)原理(第7版)>中已找到答案
但并不是您說(shuō)的那樣----只是我個(gè)人的理解
:tuzi28:
我是學(xué)化學(xué)的
只是覺(jué)得物理好玩兒
您可以忽略我的存在
您的"老頑童"頭像太可愛(ài)了
所以和您玩了很長(zhǎng)時(shí)間
畢竟我可能使您耽擱主題撰寫的進(jìn)度
罪過(guò)啊
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-04 21:05:54:
這里不對(duì):當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子被發(fā)射之后
如果它射向縫1
它的命運(yùn)可以被確定,在這個(gè)過(guò)程中擋住縫2(你也同意了)
光子沿著直線走
最終落到屏上。
這時(shí)注意了,我問(wèn)你,這個(gè)光子落在了哪?絕不是雙縫干涉條紋所 ...
很想知道lz對(duì)光窺測(cè)電子,使電子的相干性消失的原因。請(qǐng)?jiān)敿?xì)些,期待著。:tiger29::tiger37:
Originally posted by 211985:mad: at 2011-03-04 23:54:38:
β)這是您對(duì)概率的錯(cuò)誤理解
態(tài)函數(shù)不是否定光直線傳播的理由
不確定性確實(shí)存在
我在波恩(Born)和沃爾夫(Woff)的<光學(xué)原理(第7版)>中已找到答案
但并不是您說(shuō)的那樣---- ...
第一我從未否定光的直線傳播;
第二你一直未明確的指出我對(duì)概率的理解錯(cuò)誤在哪,正確的應(yīng)該如何,其實(shí)我認(rèn)為如果你能清楚的表達(dá),你會(huì)發(fā)現(xiàn)我所謂的錯(cuò)誤和你所謂的正確本質(zhì)上是相通的。
不過(guò)這都不重要,也許量子力學(xué)本身在闡述上就是仁者見(jiàn)仁的東西,最關(guān)鍵的是以自己接受的方式將這個(gè)真理納入自己的知識(shí)體系,只要你找到了答案,那么就是知識(shí)的進(jìn)步,一切討論也變得有意義了!
呵呵,我可喜歡老頑童這個(gè)人物啦!
Originally posted by zhaoshenxx at 2011-03-05 08:15:06:
第一我從未否定光的直線傳播;
第二你一直未明確的指出我對(duì)概率的理解錯(cuò)誤在哪,正確的應(yīng)該如何,其實(shí)我認(rèn)為如果你能清楚的表達(dá),你會(huì)發(fā)現(xiàn)我所謂的錯(cuò)誤和你所謂的正確本質(zhì)上是相通的。
不過(guò)這都不重要,也許量 ...
看在您陪我玩了這么長(zhǎng)時(shí)間的分兒上
告訴您一件事情
下面一段是您寫的,還記得吧!
這時(shí)再來(lái)看看筆者原來(lái)的說(shuō)法“單個(gè)粒子的光線(姑且稱之為光線),在發(fā)射后到縫所在平面這段時(shí)間方向是一個(gè)范圍而非確定的向”,向的不確定性必然在接下來(lái)的時(shí)間導(dǎo)致位置的不確定,從而出現(xiàn)在空間的概率性分布。這與概率波的描述沒(méi)有本質(zhì)上的不同。
根據(jù)被標(biāo)成紫色的的部分,可以"污蔑"您,既不懂光學(xué),也不懂量子力學(xué),起碼不是光學(xué)專業(yè)或量子力學(xué)專業(yè)的.很冤啊!
當(dāng)然,英雄莫問(wèn)出處!
開(kāi)玩笑了!
:tuzi27:
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