中国有限公司-双缝干涉能用网球做实验吗

中国有限公司-双缝干涉能用网球做实验吗

我们知道自然界中最小的粒子会表现出一些非常奇怪的方式,这些粒子包括光子、电子、原子,甚至是一些分子。双缝实验表明,它们在不被测量时表现得像概率波。非常奇怪的是,在测量时,这些概率波会坍缩,从而变成不同的粒子。我们还从延迟选择量子擦除器等实验中看到,两个粒子可以纠缠在一起,这意味着即使粒子在时空中被分开,它们似乎也通过共享一个概率波以某种方式紧密相连。

科学家们已经在大到包含数百个原子的分子中展示了量子行为。那么究竟多大的粒子可以仍然表现出量子行为?如果我把成千上万个网球扔进一个双缝里,后面有一个屏幕记录球击中屏幕时的位置,我会看到与电子或原子相同的结果吗?答案是当然不会。

网球也是由大量原子所组成,为什么整体的行为却不像它所组成的单个粒子?要回答这个问题,我们必须了解一些量子力学的基础知识。让我们先看看光的双缝实验是如何工作的。

原理

通过两个狭缝照射单色光,当光线撞击屏幕时,我们会在另一侧看到干涉图案。因为随着波的传播,波峰相遇的地方会增强,而波峰碰到波谷的地方将抵消。这应该不是什么大秘密,也不是量子力学所独有,这只是波的属性。现在,如果我们降低光的强度,直到我们的光源一次只发射一个光子。理所当然的,我们认为这不应该创建一个波的模式!当我们一次拍摄一个光子时,它会在屏幕上形成一个点。但是如果发射足够多的光子,我们会发现这些光子共同形成了相同的干涉图案。

因此,我们想知道光子在狭缝处发生了什么,所以在那里放置一个检测器来确定光子是通过狭缝1还是通过狭缝2。这是量子力学最令人吃惊的结果,因为当我们试图找出光子走哪条路径时,干涉图案消失了!光子现在似乎表现得像粒子而不是波。这其中发生什么了?让我们用哥本哈根解释的语言来谈谈,这是量子力学最被接受的解释之一,它是哥本哈根大学的尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡在1927年左右构想出来的。

这种解释基本上说这些所谓的粒子根本不是粒子,它们同时处于多个状态,就像一波又一波的概率,只有当它们被测量时,波才会像粒子一样变得清晰。在概率波变成不同粒子的点称为概率波的“坍缩”。科学家们发现,在测量任何粒子的路径信息的任何时候,它的概率波都会坍缩。为了使粒子保持概率波,它们的路径信息必须绝对保密。如果在任何时候进行任何类型的测量,粒子都会变得清晰,并且不会表现出类似波的行为。

在随后的几年中,电子、原子甚至由多达 800个原子组成的分子也发现了同样的行为。如果测量它们的路径信息,则不会形成相同的干涉图案,并且会发生相同的崩溃。测量总是使波形坍缩,测量是对粒子所走路径的任何物理记录的形成,这与有意识的观察者无关。

解释

现在,如果我们用非常大的粒子来做这件事,比如沙粒或网球,我们会看到相同的模式吗?当然不会。我们只会在双缝的另一侧看到两条线。为什么我们看不到网球的这种行为?原因是大型物体几乎不可能在信息上与外界隔离。

要想隔离网球,我们必须确保在宇宙中的任何地方都没有记录网球所遵循的路径。首先,我们必须去除实验中的所有空气和光子。如果一个光子或空气分子从网球上反弹,那么它就有可能记录了网球的路径。例如,如果光子从球上反射回来,那么这可能是一个测量值,因为光子的路径会改变,而光子的反弹路径已经记录了球的路径信息。潜在地,宇宙可以检查房间中所有光子的路径,找出它们如何受到网球路径的影响,并从这些信息中找出网球所走的路径。

我们还需要将这个网球冷却到接近绝对零,因为具有任何温度的球都会由于称为“黑体辐射”的东西而发射光子。发射的光子将记录有关网球的信息,宇宙会检查房间中的光子,可以确定这个网球的路径。我们还不得不担心网球的引力,因为网球的这种引力会影响附近的原子。理论上,这可以让某人确定这个网球的路径,附近原子的运动也可以形成网球轨迹的记录。

我们必须完全隔离网球,因为任何泄露给宇宙的关于其路径的信息都会创建一个记录。即使这些信息记录在一个原子中,它仍然是宇宙中捕获的信息,这将导致网球不会叠加,不会是概率波,这将是一个独特的实体。像这样的宏观物体很难在信息上隔离,所以在我们的日常经验中,我们不会看到宏观物体的量子叠加或波状行为。

但量子力学适用于所有物体,如果我们可以在信息上完全隔离它,网球会表现得像一个原子那样吗?从数学上看,物体的波由德布罗意波函数描述:λ=h/mv。由于普朗克常数如此之小,而质量“m”如此之大,波长将非常小。因此,干涉图案将近似于没有干涉,网球的量子力学行为收敛于经典行为。

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来源:万象经验

编辑:藏痴