先問兩個問題:
1光源方向射向哪里?單個光子發(fā)射的時候 方向是指向哪里?既然說“單個光子” 那么它有運動方向吧?這個運動方向是指向兩個孔正中間嗎?
2 如何定義測量?假設實驗用的測量儀器由 透鏡,ccd,電路板三部分組成。我只把透鏡放上去結(jié)果會如何?我同時把透鏡 ccd組裝放上去結(jié)果會如何?我同時把透鏡 ccd 電路板組裝放上去不通電結(jié)果會如何?我同時把所有組建安裝并通電 結(jié)果會如何?
解答:
1. 這里光源的發(fā)射方向是無規(guī)則的。一般而言,自然界包括人造燈發(fā)的光都是無規(guī)則均勻地往外發(fā)射,這種現(xiàn)象來源于一個微觀事實:原子受激后,如果沒有其他影響的話,發(fā)射光子的角度是不固定的。那有沒有例外呢?有的,那就是激光,激光擁有非常好的準直性和相干性,也就是說都是朝一個方向發(fā)射。這里你可以理解為光源是一個原子,每次只激發(fā)一個光子,方向是均勻隨機的。當然如果角度比較偏的話,會被反射回來,不能透過去,這種情況是當然存在的,所以這個結(jié)論是統(tǒng)計意義上的。
2. 測量就是說通過物質(zhì)間相互作用,測量者獲得了被測量者的信息。宏觀上來說,你看一個東西硬不硬,你需要戳一下,這其實是你的手指和它進行相互作用。測量是需要探針的,就像是CCD去測量光子的有無,也是因為接收了光子后,光子與電子發(fā)生相互作用,電子被激發(fā)成光電子,產(chǎn)生了電子信息,這樣你才能知道“哦,這里有光子。”所以你也可以這么理解為什么測量對于微觀世界的影響這么重要--因為在宏觀世界,你的測量探針相對于你測量的東西來說微乎及微,構(gòu)不成什么影響。但是對于微觀世界,你用一個電子去探測一個光子,那你就會把這個光子完完全全的改變的。
實操的雙縫干涉實驗
有沒有可能 因為有了測量(物質(zhì)之間的相互作用),使得光子失去了波的特性?在宏觀世界(我的看法不一定準確)波其實是有載體的。比如水波的載體是水 空氣中聲波的載體是空氣 鋼管中聲音傳播載體是鋼管。光的波粒二象性,有沒有可能粒子是它波動特性的載體?
這里的實驗中所看到的的干涉圖樣不是因為光子與原子網(wǎng)格發(fā)生的折射。那是因為可見光一般的波長是在微米量級,而原子間的間隙一般為埃(0.1納米)的量子。只有在光的波長和狹縫的尺寸類似的時候,才會發(fā)生干涉。這里你也看到了,光子的波長和原子晶格的尺寸相差非常大,它們也會發(fā)生互相作用(比如吸收,反射),但是不會發(fā)生干涉。但是你這里可以進一步想,那我找個更小波長的可以不可以,這是一個很聰明的想法。電子的波長一般為埃,所以如果是用電子作為入射粒子的話,那么后面所產(chǎn)生的干涉條紋,就是電子和原子干涉所產(chǎn)生的。事實上,這個實驗在歷史上是一個諾貝爾獎,證明了電子是波。
光子干涉實驗示意圖
但我一直不確定非相對論性量子力學這套能不能直接照搬來解釋光,“光子的波函數(shù)”這種說法有嚴格定義嗎?因為一般學的都是電磁場量子化,光子不過是某個自由度的場量子,就跟聲子一樣,在這種理解下,干涉還是電磁場在干涉,只不過是量子化的電磁場。我隱約感覺這兩種解釋殊途同歸,不過一直沒看到哪里有這么說的。不論放不放第二個分光鏡,光子經(jīng)過第一個分光鏡后總是處于被反射和透射的疊加態(tài)。然后如果你放第二個分光鏡,那這個處于疊加態(tài)的光子就和自己再進行一次干涉,結(jié)果是永遠只被一個探測器探測到。如果你不放第二個探測器,那這個光子就會保持疊加態(tài),直到最后被兩個探測器中的某一個探測到,并坍縮到對應的本征態(tài)上。這樣就不會有未來影響過去的問題了。感覺用坍縮這個詞,不太合理。既然量子力學是統(tǒng)計,那么坍縮這動詞就有誤導了,感覺是引發(fā)了某種物理現(xiàn)象似的。實際情況只是統(tǒng)計結(jié)果不同吧?為什么不同?因為不是同一個物理過程。觀察行為的加入使得看似相似的過程,其實是兩個很大不同的過程。不同的過程自然產(chǎn)生不同的統(tǒng)計結(jié)論。
我一直懷疑這是因為儀器測量精度的問題,導致我們以為發(fā)射的是單個光子。有沒有可能其實每次我們發(fā)射出來的都是一段波,這個波某個位置有一個高峰值也就是那個光子。在沒有測量的情況下,這段波必然出現(xiàn)干涉,而在有測量的情況下,測量儀器對這個峰值出現(xiàn)了相互作用,導致能量被集中到這個峰值,使得峰值更高,其它位置沒有能量,所以無法出現(xiàn)干涉。如果是一個人,別人不注意的時候會很自在,假如有人盯著,做啥事都不自然,即便是離得很遠,敏感的人(甚至于不敏感的)都有感覺,會毛毛的,或者不自在。這還是兩個等維度的人。目光的凝視是會發(fā)出某些訊息的,以波的形式或者粒子的形式。換成光子的運動,旁邊來一個不知幾百萬倍大的玩意兒在看它,有溫度,還發(fā)出各種信號,電流,怎可能不會影響它微小的路徑。測量水流,儀器一入水,都形成阻力了,改變水流的速度方向呢,還會局部形成小渦流。測量量子態(tài)的微小娃娃,更不用說了。
電子雙縫干涉實驗裝置圖
我有這么一種設想,如果一個實驗小組,做雙縫干涉實驗,然后實驗的房間被人偷裝了攝像頭,觀察這個實驗,但是實驗小組的人完全不知情。
那么,現(xiàn)在這個實驗是至始至終被人觀察的,然而實驗小組的人確完全不知情。
在這個前提下,做雙縫實驗,
會出現(xiàn)那種“被觀察是一種結(jié)果,不被觀察是另外一種結(jié)果”的情況嗎?
如果不會出現(xiàn)兩種結(jié)果,那這個實驗小組的人會不會得出與別人不同的結(jié)論?
如果出現(xiàn)了兩種結(jié)果,那這個實驗是一直再被人偷偷觀察的??!為什么會出現(xiàn)兩種結(jié)果呢?
假設在精度足夠的情況下,把觀察光路A和B做成從地球到月球再折返回地球,使得A=B,這樣屬于不可觀察,從而出現(xiàn)干涉。
這時月球上設立一個宇航員,每天早上八點按照他是否感到快樂決定是否改變A=B,快樂:A不等于B,不快樂:保持A=B
按照現(xiàn)在實驗的理解,當八點整時,宇航員如果宇航員感到快樂,使得A不等于B,那么可觀察條件建立,那么地球上就應該同時出現(xiàn)干涉。
問題是:【這干涉的出現(xiàn)的時間是在八點之前還是八點整?】
如果出現(xiàn)在八點之前,那說明光子在通過雙縫時就“預測”到幾秒后月球上宇航員八點整是否會感到快樂。
如果出現(xiàn)在八點整,那月球上的宇航員就和地球建立了超光速的信息傳遞。
時間和因果關(guān)系在這里混亂了……
光因為是一種波,所以在通過雙縫之后,會發(fā)生干涉現(xiàn)象,從而在屏幕后面形成明暗相間的條紋
量子力學里的測量,怎樣強調(diào)都不過分,因為量子力學里的測量跟經(jīng)典物理的測量是不同的,經(jīng)典測量是可以說是被動的記錄(也一定的影響),但量子力學里的測量是被測客體直接與測量儀器發(fā)生了相互作用,對被測客體產(chǎn)生了干擾,從而影響了測量結(jié)果,這個結(jié)果不是觀察的人產(chǎn)生的,是測量儀器產(chǎn)生的。很多人在這里會產(chǎn)生混淆,所以才覺得這個實驗恐怖,還有什么延遲雙縫實驗顛倒因果律之類的說法。如果地球被壓縮,可以一直壓縮到直徑9mm大小,然后變成一個小小的黑洞,引力大到連光子都逃匿不出,從我們的眼前消失。變成黑洞后,體積有沒有繼續(xù)縮小,我們已經(jīng)無論如何也不知道了。 那么,組成我們宏觀世界的基本粒子到底是什么?最后無法逃匿的光子(光量子)到底是什么?它們真的可以用宏觀的小球和波去比擬,去想象,去思考嗎?
光子通過單縫時,隨機落在屏幕后面的一片區(qū)域內(nèi)
可見光只是電磁波的一小部分。
不僅是地球,整個宇宙都被各種各樣的電磁波充斥。只是我們只能“看到”可見光而已。
我們呼吸的空氣是各種氣體的混合體,其分子比光子大無限倍(光子沒有靜質(zhì)量),除了風以外,你也幾乎感受不到空氣的存在。
其實,無論如何,電磁波還算一種真實的存在,包括電磁波在內(nèi)的所有物質(zhì)也只占宇宙總量的4%,其他的暗物質(zhì)和暗能量我們無論如何都感受不到,但它們確實充斥宇宙。如果想解釋雙縫干涉與不確定性原理首先得解釋什么是光,而要解釋光就要跳出原有的波粒二象性理論,從構(gòu)成宇宙萬物的本源上來探討。
最終我們會明白原來一切如此簡單。
為了證明我的正確性提出2個實驗,1、把可以產(chǎn)生干涉的雙縫延伸至足夠遠然后封閉射入端,用同源光線照射雙縫,然后同時打開,在足夠遠的接受屏上先出現(xiàn)衍射后出現(xiàn)干涉。
2、在較大質(zhì)量恒星周圍發(fā)射不同頻率光,紅光的彎曲度大于藍光。提個醒,之所以不說波長而說頻率那是因為波長是假想量而頻率才是真實量。
A 在 X 軸的自旋分量(Ax)如果向上,B 在 X 軸的自旋(Bx)一定向下,,但是 B 在 Y 軸和 Z 軸上的自旋(By、Bz)呢?
雙縫實驗是在真空中做的嗎?我想到的是為什么太空中的水滴是圓的形態(tài)出現(xiàn)?宏觀中,你們能解釋,但是微觀中,它們也是每個原子在雜亂無章的震動。還有就是,波,為什么是以圓為路徑傳播?那么有沒有一種可能,無論你單個粒子多么跳躍,但是在宇宙中,總有一種神秘的力量,讓你慢慢的變成圓。就像每個粒子,選擇的是自己最優(yōu)的路徑,但是億萬個不確定的粒子,都以最優(yōu)路徑傳播后,呈現(xiàn)出來的畫面就是波了。其實并不存在相互干涉,而是最優(yōu)路徑的碰撞,產(chǎn)生了相互干涉的錯覺?
我個人認為未來可能會出現(xiàn)三種情況:
1.成功建立一套理論,統(tǒng)一解釋了微觀和宏觀體系,這是最樂觀的。
2.劃定了微觀和宏觀的界限,證明這界限在數(shù)學體系上無法跨越,類似熱力學熵增定律,這在客觀上可以接受
3.最悲觀的,永遠突破不了理論體系,物理學遇到天花板,不依靠外部信息輸入,封閉系統(tǒng)永遠無法完全自證。
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