双缝干涉实验：量子力学的核心秘密

你以为你看到的世界是完全真实的吗？一定要认真听我讲完这个视频，很有可能改变你的命运。故事还要从20世纪讲起，当时物理学家们开始纠结一个问题，光到底是波还是粒子？为了找到真相，大家决定做一个实验，用一个发射光子的机枪对准双缝发射。

实验背景与首次观测

假如光束是由粒子组成，那当它通过双缝后呈现在屏幕上时，就一定会留下两道杠，这就和子弹击中目标后会留下孔是一样的道理。假若光束是由纯波组成，那么屏幕上就会留下如斑马线一样的多道条纹。根据波动理论，当水波穿过缝隙时会形成两个波，远两道波各自震荡干涉，波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间正反抵消，最终屏幕上会出现一道道复杂且唯美的斑马线。总之，两道杠B派胜，斑马线欧派胜。

第一次实验把光子机枪对准双缝，发射结果标准的斑马线。

点射实验与叠加态原理

第二次实验，把光子机枪切换到点射模式，虽然每次只发射一个光子，但是经过一段时间的积累，还是出现了干涉条纹，这让人百思不得其解。明明两个狭缝只有一个狭缝有光子，那这个光子是在和谁进行干涉呢？难道它是在和自己干涉吗？到这里为止，第一个问题出现，为什么会这样？这便是量子力学中的第一个定律，叠加态原理。上期讲的薛定谔的猫，其实就是因为薛定谔不相信叠加态原理，并想告诉波尔这个世界上不可能存在不死不活的猫，不过这都是后话了。

由于当时哥本哈根诠释尚未提出，所以这让物理学家感到尤为蹊跷，并开始尝试第三次实验。在屏幕前加入两个探测器，一边一个左右排开，哪边的探测器看到光子，就说明光子穿过了哪条缝，通过探测器观测到的数据发现，光子确实是只从左缝或者右缝进行单一通过，正当科学家以为一切都真相大白的时候，却突然头皮发麻，便在屏幕上看到了明显的两道杠，为什么会这样？为什么用探测器观测了就由斑马线变为两道杠了？这便是量子力学中的第二个定律，观察者原理，仅仅观测了就会引起叠加态的坍缩，并看到一个确定无疑的结果。

延迟选择实验与量子奥秘

正当他们吵得不可开交时，爱因斯坦提出了一个大胆的假说，光量子假说，并在后来演化成了波粒二象性：极光子在传播的时候显示为波性，但是在测量时却显示出粒子性。但我要强调的是，波粒二象性只是性质，而不是本质。通俗的说就是既可以表现出波的性质，又可以表现出粒子的性质。而这其中的变量只是因为观测方式的不同。举一个并不恰当但是很容易理解的例子，你是你爸爸的儿子，你爸爸也是你爷爷的儿子，但是你能说你爸爸就是儿子吗？而光也是一样的道理。

到这里为止，所有的疑问似乎都迎刃而解。双缝干涉实验可怕吗？不可怕，用波粒二象性足以解释。但是几十年后发生的一件事情，才是让经典物理学倒塌的关键。这就是1979年惠乐提出的延迟选择实验。他们继续重复之前的双缝干涉实验，不过这次只有屏幕，没有摄像头。物理学家计算好光子穿过缝的时机，当它穿过后，在最后快要落到屏幕前时，加上探测器。结果无论探测器速度多快，只要最终加上，屏幕上一定是两道杠，反过来，如果一开始有摄像头，哪怕在最后一刻撤掉，屏幕上一定是斑马线。原因就在于探测设备是在光子穿过干涉缝隙之后才被光子造成了影响，但却能影响到光子穿过干涉缝时的状态，这点就很有意思了。

理论上来讲，穿透在前是因，被探测在后是果。按照经典物理学的因果律，因能决定果，但在这次实验中，果却能决定了因。也就是说，在微观世界中，未来确实能改变从前。截止到目前，对于此问题，还是没有一个人能给出一个确切的解释。但是套用玻尔的话，“在观测发生之前，没有任何物理量是客观存在的”。你就会发现，这一切都能解释。这就是量子力学神奇的地方，他们将双缝干涉实验和延迟选择实验解释得如此完美。

在延迟选择实验后，物理学界无一人不再相信量子力学。1947年，玻尔将自家组会设计为中国太极图案，这足以看出玻尔对太极思想的痴迷程度，他认为太极图就是对量子力学最完美的解释。而中国古人也早已在遥远的几千年前就已经领悟到了整个世界的运转规律。从至大无外的宏观宇宙到至小无内的微观领域、基本粒子，其发展变化规律尽在太极之中。重要之门，无所不在，相互相斥，无视无中。我是舰长，我一直都在。

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