为了精确,一般这种都是玻璃底片。四、抽真空我们要把所有的实验设备,都放到一个真空环境当中。否则,电子流,也就是贝塔射线流其实在空气中的穿透能力很弱。如果真空度不够,我们根本看不到衍射条纹。我以前做阿发粒子实验的时候,我那台老的真空泵要工作三天,然后还有油污染影响我的实验结果。五、冷却如果是实验精度要求非常高的,诺贝尔级别的实验,比如单电子双狭缝衍射,还需要进一步制造真空环境,怎么办呢,必须冷却。

把整个系统中的温度降到接近绝对零度,这样游离的气体粒子就少了。六、测量如果是单电子衍射实验,用接收屏根本什么都看不见,只能是用法拉第筒,通过转动筒测量不同位置的电流来测量条纹的波峰波谷。我写这个,主要是想说,其实根本没办法录像。全程都是看不见的。怎么录呢?总结一下电子的双狭缝衍射实验,看起来简单,但做起来十分复杂。

单电子双狭缝衍射实验的难度,不会比LIGO引力波探测器简单多少。这是一个全程无法拍照的过程,因为光的进入,已经会影响到电子的路径了,所以没法拍摄,我们自然也就不会在网上看到这个实验的视频了。网上传的1974年有一位科学家做了一个用高速摄像机去拍摄电子通过哪条狭缝的实验,说是观测影响了电子的行为,这是纯扯淡。

双缝衍射实验中,一个电子同时穿过两条缝隙的言论可信吗?有什么科学依据?

答:一个电子同时穿过两条缝的说法,是有科学依据的。在量子力学中,有许多神奇的实验,双缝干涉就是其中之一;目前量子力学的正统解释,描述一个量子同时穿过了两条缝,这样的解释非常让人诧异,我们来深度解读一下其中的原因。单缝实验在量子世界中,无论是光子、电子、还是原子,都具有波粒二象性;目前实验室能做到发射单个光子,或者发射单个电子的技术水平。

我们先来看单缝打开的情况,假设我们把双缝中的一条缝遮住,同样一个一个地发射光子,就有两种情况:(1)遮住下缝时,穿过上缝的光子,会在上缝后边形成亮斑,我们叫做单缝亮斑1;(2)遮住上缝时,穿过下缝的光子,会在下缝后边形成亮斑,我们叫做单缝亮斑2;一切看起来都没有问题,然后开启我们的双缝实验。双缝叠加我们精确调整双缝的距离,使得单缝亮斑1和单缝亮斑2,在理论上叠加后,形成下图的叠加图样1:我们用经典思维分析,如果一个一个地发射光子,光子要么穿过了上缝,要么穿过了下缝,概率分别是50%,那么区间[a,b]内是亮的,因为这是两个单缝亮斑的叠加区域。

实验结果以上分析看似非常合理,可是实验结果完全出乎意外,精确调整实验参数值,当双缝都打开时,得到的图样不是单缝亮斑1和单缝亮斑2的经典叠加,而是得到了双缝干涉图样。我们来看点①,居然没有光子落到这里,这里变成了双缝干涉的暗条纹处,这是非常不可思议的。试想在单缝实验中,如果光子穿过上缝,有概率落到这里,如果穿过下缝,也有概率落到这里,现在两条缝都打开了,按理说落到这里的概率更高,至少比没有叠加的地方高才合乎常理。

就好像买刮刮奖,买第一张中奖概率是1/10,买第二张中奖概率也是1/10,如果我两张都买,按理说我的中奖概率更高(1-0.9*0.9=19%);可是在量子力学中,只要你两张都买,不好意思,你的中奖概率变为了零。在经典世界中,这是非常不合理的,既然不合理,那么到底是哪错了呢?我们一个一个地发射光子,光子又是如何知道点①是双缝干涉的暗条纹处呢?既然单缝是没有问题,那么好,我们在两个缝处都装上探测器,看看光子到底经过了哪条缝;结果一旦装上探测器,双缝干涉条纹消失,变成了经典力学中两条单缝亮斑叠加。

量子力学解释你可以想想你能想到的任何办法,看看能否解释这一现象;目前量子力学正统理论(根本哈根诠释)认为,该现象的物理解释,就是单个光子同时穿过了两条缝,然后两个路径进行叠加,在屏幕上形成了满足干涉图样的概率分布。换句话说,单个光子或者电子,在穿过双缝前一分为二,然后进行自我干涉了,但是这种一分为二的现象,无法进行探测,你不可能在两条缝处探测到同一个光子的两个分身,因为你一旦探测,量子的波函数就坍缩了。

这一解释能很好地描述双缝干涉实验中的物理现象,但是也带来很多挑战;比如量子延迟实验,你不是同时穿过两条缝吗,那我等你穿过缝后再进行探测,看你到底是穿过了两条缝,还是只穿过了某一条缝,结果这一实验导致了因果关系的颠倒,目前也没有令人信服的解释。总之,目前关于量子双缝干涉实验,最好的物理解释,就是认为同时穿过了双缝,或者说两条缝对单个光子的行为都有影响,如果放弃这一解释,你将陷入无法解决的困境。

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