雙縫干涉實(shí)驗(yàn)所顯示出來(lái)的結(jié)果是20世紀(jì)科學(xué)家集體遭遇的一次“靈異事件”，在這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)中微觀世界的基本本質(zhì)，疊加態(tài)、不確定性、觀察者效應(yīng)展現(xiàn)的淋漓盡致。

而這三個(gè)現(xiàn)象有是如此的燒腦、違反直覺(jué)、毀人三觀，所以我們常說(shuō)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的結(jié)果讓人覺(jué)得后背發(fā)涼，有那么一點(diǎn)“恐怖”的感覺(jué)。

我們?nèi)祟愖鳛橐粋€(gè)宏觀世界的一部分，在量子力學(xué)出現(xiàn)之前我們的科學(xué)認(rèn)知都是建立在現(xiàn)實(shí)的確定性之上的，我們科學(xué)理論可以完美的解釋和預(yù)測(cè)宇宙中的任何現(xiàn)象。

例如，通過(guò)牛頓力學(xué)我們可以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)一個(gè)事物未來(lái)的發(fā)展動(dòng)向，前提是只要知道這個(gè)事物初始的狀態(tài)，以及它未來(lái)所經(jīng)歷的相互作用。

1846年，我們更是利用物理和數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)的方式準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)了海王星的位置，可以說(shuō)這是人類宏觀世界科學(xué)的一次偉大勝利。

毫不夸張的說(shuō)，如果有一臺(tái)超級(jí)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，它可以根據(jù)已有的理論預(yù)測(cè)出宇宙中所有事物的未來(lái)，這就是現(xiàn)實(shí)世界的確定性，以及可預(yù)測(cè)性。

這不僅僅是我們普通人心里的世界觀，也是20世界大部分科學(xué)家的世界觀，愛(ài)因斯坦也不例外。但是這一切都被一場(chǎng)物理學(xué)的“靈異事件”打破了。

是波還是粒子

微觀世界的尺度非常小，都是些原子、電子之類的小玩意，這些東西不僅在生活中看不到，就連科學(xué)家也一直被擋在門外，我們真正了解原子、建立模型也就是上個(gè)世紀(jì)的事。

但是有一個(gè)粒子經(jīng)常在我們眼前晃來(lái)晃去，可以說(shuō)晃了數(shù)百萬(wàn)年，那時(shí)我們還是樹上的猴子，它就是光子！

雖然光子很常見，但是關(guān)于光是什么？這個(gè)問(wèn)題人類是想了幾千年，直到17世紀(jì)牛頓大哥才說(shuō)光是微粒，是一種實(shí)物粒子。

不過(guò)當(dāng)時(shí)就有人提出反對(duì)意見認(rèn)為光是波，因?yàn)樯頌榱Ｗ拥墓鉄o(wú)法解釋光的衍射現(xiàn)象，而且如果光是微粒的話為什么我們看不見兩束光發(fā)生碰撞呢？這個(gè)人就是惠更斯。

由于惠更斯并拿不出任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)，再加之牛頓學(xué)霸當(dāng)時(shí)在科學(xué)家的威望極高，所以光是微粒就得到人們的認(rèn)可。

那么關(guān)于光到底是什么？就在科學(xué)界形成了兩個(gè)不同的派別：波派和粒派！

粒派所認(rèn)為的粒子，我們可以將其想象成為一個(gè)個(gè)光滑的小球，它們遵循實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。也就是說(shuō)，當(dāng)你打開手電筒的一瞬間既有無(wú)數(shù)顆光顆粒向炮彈一個(gè)沿著直線向外飛奔。

除了牛頓之前所說(shuō)的實(shí)物顆粒，普朗克和愛(ài)因斯坦后來(lái)也認(rèn)為光是一種粒子，稱為光量子，這個(gè)光量子和牛頓的微粒有著本質(zhì)的區(qū)別。量子是一份一份不可分割、且不連續(xù)的能量。

波派所認(rèn)為的波，就類似于我們生活中常見的水波，有波峰、波谷，可以完美的解釋光的衍射和干涉現(xiàn)象。

可問(wèn)題是波和粒子是完全不同的東西，在現(xiàn)實(shí)生活中我們看到的事物它是實(shí)物粒子就是實(shí)物粒子，它是波就是波，不可能存在兩面性，我們也無(wú)法理解即使波又是粒子的事物。

硬幣不是正面就是反面，不可能有即使正面又是反面的硬幣，事物不是黑就是白，這就是現(xiàn)實(shí)的確定性。所以波派和粒派就持續(xù)撕逼了百年，不分勝負(fù)。

靈異實(shí)驗(yàn)：雙縫干涉

也許微觀世界有它自己的本質(zhì)，也許它真的跟宏觀世界不一樣，也許宇宙真的需要兩套不同的理論去解釋，也是事物真的存在兩面性，也就是波粒二象性，而我們只是各執(zhí)一詞、盲人摸象罷了。

那么光到底是什么？科學(xué)家決定做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以完美探測(cè)波和粒子的不同特性。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)其實(shí)特別簡(jiǎn)單，就是在光源和探測(cè)屏幕之間放一個(gè)開了兩個(gè)狹縫的擋板。

然后用光源向擋板啪啪啪發(fā)射光子，然后觀察屏幕上的呈現(xiàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)外乎兩種可能：

光就是粒子，就是我們所說(shuō)的實(shí)物小球，或者是生活中的石子、子彈，當(dāng)光經(jīng)過(guò)中間的擋板時(shí)，大部分的光會(huì)被擋住，只有兩條狹縫可以允許光通過(guò)，并且光在屏幕上留下兩道杠。這就是粒子運(yùn)動(dòng)的典型特性。

光是波，它可以像水波那樣在經(jīng)過(guò)兩條狹縫以后發(fā)生干涉，波峰和波峰疊加，波谷和波谷疊加，波峰和波谷抵消，最后在屏幕上留下干涉條紋，看起來(lái)就像是斑馬線。

第一次實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)準(zhǔn)雙峰發(fā)射光束，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是在屏幕上產(chǎn)生了明暗相間的干涉條紋。這無(wú)疑說(shuō)明，光確實(shí)是一種波，可以發(fā)生干涉。

這是否就說(shuō)明波派勝利了？其實(shí)不然，上面你是發(fā)射的光束，你能不能改成一個(gè)個(gè)光子來(lái)發(fā)射。也就是我們上文說(shuō)的光量子。粒派認(rèn)為這樣鐵定是兩道杠！

第二次實(shí)驗(yàn)：重復(fù)做上述過(guò)程，一個(gè)一個(gè)發(fā)射光子，起初由于光子的數(shù)量很少，在屏幕上出現(xiàn)了雜亂無(wú)章的圖案，但是當(dāng)光子數(shù)量增多時(shí)，神奇的事情發(fā)生了，屏幕上開始顯示出了干涉條紋！

到這里先不談波粒之間的競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)槌霈F(xiàn)了一個(gè)全新的問(wèn)題，我們知道要想產(chǎn)生干涉條紋，必須得有兩個(gè)波進(jìn)行干涉，這就是為什么要開雙峰的原因，但縫的話任何波都不會(huì)產(chǎn)生斑馬線。

但是一個(gè)一個(gè)發(fā)射光子，單個(gè)光子要么經(jīng)過(guò)右狹縫、要么經(jīng)過(guò)左狹縫，單個(gè)光子在和誰(shuí)發(fā)生干涉？難道它同時(shí)經(jīng)過(guò)了雙縫，并且和自己發(fā)生了關(guān)系？所以說(shuō)波粒之爭(zhēng)的事情在雙縫實(shí)驗(yàn)上變得越來(lái)越復(fù)雜了。

如何解決這個(gè)問(wèn)題？科學(xué)家想到了一個(gè)辦法，我們可以在左右狹縫后加上光電探測(cè)器，來(lái)看一下單個(gè)光子到底是通過(guò)了哪條狹縫，還是它會(huì)分身分別經(jīng)過(guò)了兩條狹縫？

這里需要注明一點(diǎn)：觀察粒子經(jīng)過(guò)哪條狹縫這個(gè)實(shí)驗(yàn)，歷史上使用的是電子而不是光子，因?yàn)槲覀兛梢韵螂娮影l(fā)射光子來(lái)進(jìn)行探測(cè)它到底經(jīng)過(guò)了哪個(gè)狹縫，而光子本身我們無(wú)法去探測(cè)，所以使用光子的實(shí)驗(yàn)我們本身也做不出來(lái)，不過(guò)這不影響我們的思想實(shí)驗(yàn)。

第三次實(shí)驗(yàn)：還是以點(diǎn)射的方式發(fā)射光子，探測(cè)的結(jié)果是，光子要么經(jīng)過(guò)左狹縫，要么經(jīng)過(guò)右狹縫，并沒(méi)有分身，也沒(méi)有同時(shí)經(jīng)過(guò)兩個(gè)狹縫，光子還是一個(gè)一個(gè)的粒子。

這時(shí)波派和粒派都松了一口氣，這說(shuō)明光子具有波粒二象性（其實(shí)粒子的性質(zhì)也在光電效應(yīng)上得到了證實(shí)），它即使波也是粒子，處在兩種狀態(tài)的疊加態(tài)，微觀世界還真是詭異，粒子處在混沌的兩面性。

但是到這里真正刷新人們?nèi)^的靈異事件發(fā)生了。

我們不就是探測(cè)了一下光子到底經(jīng)過(guò)了哪個(gè)狹縫，居然導(dǎo)致了屏幕上的干涉條紋消失了，變成兩道杠。這說(shuō)明我們的觀測(cè)行為導(dǎo)致了光子的狀態(tài)發(fā)生了改變。

這也意味著我們的觀測(cè)行為，影響了結(jié)果。這聽起來(lái)十分的玄學(xué)，難道我們看不看一個(gè)事物能夠改變它的最終狀態(tài)。

觀察者效應(yīng)

微觀世界畢竟離我們很遠(yuǎn)，我們無(wú)法體會(huì)到這件事道理靈異到了哪里。下面我就舉個(gè)宏觀世界的例子。足球這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)看過(guò)吧。

足球運(yùn)動(dòng)員射球的一瞬間這個(gè)球進(jìn)不進(jìn)和足球當(dāng)時(shí)所處的位置、運(yùn)動(dòng)員發(fā)力的大小和位置、風(fēng)速等等這些物理因素有關(guān)，只要經(jīng)過(guò)足夠精細(xì)的科學(xué)分析，我們就能判斷出這個(gè)球到底能不能進(jìn)。

但是唯獨(dú)沒(méi)有關(guān)系的就是你當(dāng)時(shí)有沒(méi)有看這場(chǎng)比賽，你看與不看都不妨礙球是否能進(jìn)。但是微觀世界的實(shí)驗(yàn)告訴我們，球進(jìn)與不進(jìn)這個(gè)結(jié)果和你有沒(méi)有看球有關(guān)。

這簡(jiǎn)直令人發(fā)狂，不可思議。尤其是當(dāng)有些人給觀察者這件事上加入了人類的意識(shí)以后，整件事情就變得更加的詭異了。

被搬倒了幾千年的唯心主義差點(diǎn)復(fù)活。人類的意識(shí)可以改變宇宙的狀態(tài)。

以上的實(shí)驗(yàn)都是在光子經(jīng)過(guò)雙縫的時(shí)候我們對(duì)其進(jìn)行了觀測(cè)，導(dǎo)致了光子的疊加態(tài)坍縮到了單一的量子態(tài)，表現(xiàn)出了粒子的特性。

那么我們這次讓光子首先經(jīng)過(guò)雙縫，在它經(jīng)過(guò)雙縫的時(shí)候應(yīng)該會(huì)保持原有的疊加狀態(tài)，我們這時(shí)在以非?？斓乃俣燃由咸綔y(cè)器，那么結(jié)果會(huì)怎么樣？

不論我們加上探測(cè)器的速度有多快干涉條紋都會(huì)消失。反過(guò)來(lái)，一開始有探測(cè)器，只要在最后的一瞬間撤掉探測(cè)器，干涉條紋就會(huì)出現(xiàn)。

這次實(shí)驗(yàn)類似于惠勒的延遲選擇實(shí)驗(yàn)，光子貌似是事先已經(jīng)知道了我們要對(duì)它進(jìn)行探測(cè)，在經(jīng)過(guò)雙縫時(shí)就表現(xiàn)出了粒子的特性導(dǎo)致干涉條紋消失。而我們只要停止觀測(cè)，光子在雙縫處又開始與自己發(fā)生干涉。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，我們未來(lái)的選擇，決定了光子最初的狀態(tài)！因?yàn)楣庾幼龀鲞x擇在先，我們觀測(cè)在后。

在微觀世界中，因果律貌似也失去了作用。這就是量子力學(xué)的世界，這就是微觀世界的詭異和恐怖之處。

哥本哈根詮釋

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)包含了量子力學(xué)中的三大基本原則：疊加態(tài)、不確定性、觀察者。

疊加態(tài)是微觀粒子的本質(zhì)，一個(gè)粒子可以處在不同狀態(tài)的混沌態(tài)，它具有多面性。以光子來(lái)說(shuō)它就是波粒二象性。一個(gè)光子可以同時(shí)處在左縫和右縫這兩種路徑的疊加態(tài)中，可以同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫，并于自己發(fā)生干涉。

不確定性原理，也稱為測(cè)不準(zhǔn)原理，在微觀世界中我們宏觀世界中科學(xué)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)性完全不起作用，微觀粒子的行為只滿足概率統(tǒng)計(jì)，我們不能準(zhǔn)確的同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。

這兩個(gè)物理量的測(cè)量誤差的乘積一定大于某個(gè)值，也就是說(shuō)，如果我們準(zhǔn)確的知道了一個(gè)粒子的位置，那么它的動(dòng)量可能會(huì)是0到無(wú)窮大，變得十分不確定。

而在單個(gè)發(fā)射光子的時(shí)候，這個(gè)光子到底會(huì)落在屏幕的那個(gè)位置，我們無(wú)法準(zhǔn)確的知道，只能說(shuō)出它出現(xiàn)在某個(gè)位置的概率是多少。這一點(diǎn)和宏觀世界有著本質(zhì)的區(qū)別，需要用不同的理論去解釋。

測(cè)量這件事會(huì)導(dǎo)致微觀粒子的波函數(shù)發(fā)生坍縮，也就是從混沌的疊加態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定的狀態(tài)，例如，我們對(duì)光子（電子）的觀測(cè)就導(dǎo)致了光子從疊加態(tài)坍縮到了粒子態(tài)。這樣也會(huì)導(dǎo)致光子不能神奇同時(shí)處在兩個(gè)路徑的疊加態(tài)中，只能選擇一個(gè)單一的狹縫經(jīng)過(guò)，從而導(dǎo)致干涉條紋消失。

那么這跟人類的觀察有何關(guān)系？

觀察這個(gè)行為確是具有人為的因素，貌似是人的因素導(dǎo)致了量子態(tài)發(fā)生坍縮，導(dǎo)致了結(jié)果發(fā)生改變，甚至導(dǎo)致未來(lái)決定過(guò)去。

但是觀察這種行為是怎樣發(fā)生的呢？上文我已經(jīng)提過(guò)，歷史上對(duì)雙縫實(shí)驗(yàn)的觀察我們無(wú)法用光子做出來(lái)，而使用的是電子，因?yàn)樵谖覀冇^察的時(shí)候，我們要想獲得粒子的信息，就必須要使用另外一個(gè)粒子和其發(fā)生相互作用，來(lái)反饋給我們。

你想一下我們?nèi)绾稳ビ^察電子？是不是要向電子發(fā)射一定能量的光子，當(dāng)光子在被反射回來(lái)時(shí)，我們才能知道電子的狀態(tài)。

沒(méi)有這種交互作用，也就沒(méi)有所謂的觀察！但是這個(gè)測(cè)量的過(guò)程就會(huì)導(dǎo)致電子的狀態(tài)被限制單一的狀態(tài)中，換句話說(shuō)，當(dāng)電子穿過(guò)狹縫時(shí)，我們強(qiáng)迫電子與光子發(fā)生相互作用，正是這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致電子波函數(shù)的坍縮。

所以說(shuō)觀察行為也是一種量子行為。跟人類的意識(shí)沒(méi)有任何關(guān)系。