双缝
作者:两个方面看问题 | 分类:科幻 | 字数:13.8万
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第七十章 薛定谔的猫
2062年5月10日,第一和第二空间的“太阳号空间站”如期被水星的引力捕获,成功定位在预定轨道上。
满翾决定到“太阳号空间站”走一趟,视察空间站工作开展情况,并完成自己的一个心愿,这个心愿是“找猫”。
这里需要科普一点知识,是关于薛定谔阴阳猫的故事。
话说单光子双缝干涉实验提出后,有好奇的
科学家们一心想看看,光子是从双缝中的哪一个缝隙通过?或者从两个缝隙同时通过?是如何自我干涉的。
多年以后,他们还真的造出了可以观察光子的仪器。
真到观察的那一天,看到的结果,令人大吃一惊:不观察光子路径的时候,在屏幕上表现出的是多条干涉条纹,光子表现为波的特性;而启动观察的时候,在屏幕上只出现两条条纹,光子表现为粒子的特性,而且看到光子只从其中的一条缝中通过,没有出现干涉,重复多次实验结果是一样的。无论从双缝的前面、后面看,都是如此。
不观察光子的路径了,干涉条纹再次出现;再次观察,干涉条纹又没了。
这真是见了鬼了,怎么会出现这种现象呢?
光子怎么会知道人什么时间观察,或者什么时间不观察。观察的时候表现为粒子特性,不观察的时候表现为波的特征。
这种现象在物理学界引起惊涛骇浪,人的观察能够决定结果,意识决定结果,这是极端唯心的。
哥本哈根学派的代表人物波尔给出的解释是,人类的观察行为在量子领域非常重要,人类观察微观粒子的时候,观察行为导致粒子的波函数崩塌,粒子的波动性消失,表现为粒子特性。
有两个人对波函数塌缩的解释不赞同,一位是爱因斯坦,另一位是奥地利物理学家薛定谔。
1928年,柏林大学,薛定谔的家中,爱因斯坦和薛定谔两人的私交不错 ,你到我家蹭吃,我到你家蹭喝,是经常的事情。
今天爱因斯坦到了薛定谔的家,薛定谔招待爱因斯坦的是烤香肠,两个人没有喝酒,边吃香肠,边讨论波尔的波函数塌缩的问题。
两人的共同观点是,这个波函数塌缩的理论不可思议,人的观察怎么会决定粒子的命运呢?
爱因斯坦早期的比喻,一个球,两个盒子,有人把球放在盒子里,两个盒子转转转,放在你的面前,你说球在那个盒子里?打开盒子之前,每个盒子均有50%的几率里面有球,只有打开盒子,这个几率就塌缩了,一个盒子100%有球,另一个盒子0%的几率有球,是打开盒子决定了球在哪个盒子里。
这不是胡扯吗!应该是一个盒子本来就有球,另外一个盒子本来就没有球。
但是这个比喻大家兴趣不大,没有引起重视。
1933年,希特勒上台,纳粹分子抄了爱因斯坦的家,冻结了他的银行账户,悬赏十万马克取他项上人头。好在这时爱因斯坦不在德国,他也不敢再回去了,在阿莫里肯的普林斯顿大学当老师,定居下来。
爱因斯坦和薛定谔的交流还在继续,不能会面,写信吧。
希特勒侵略他国使用最多的是炸弹,对犹太人的迫害广泛使用的是毒气。
爱因斯坦在信中又对波函数塌缩做了一个比喻,纳粹日夜不停制造炸弹,这些炸弹是爆炸还是没有爆炸,要等待一个函数的塌缩。
薛定谔受到爱因斯坦的启发,在他的论文《量子力学的现状》中,设计了一个思想实验:猫实验。
薛定谔说:“在密闭的铁盒子里,有少量的放射性铀、一瓶毒气,还有一只猫咪。铀元素的衰变是随机的,如果放射性的铀发生了衰变,可以立即触发毒气瓶释放毒气,毒死小猫咪;如果放射性元素没有衰变,那么铁盒子里的小猫就会活下来。而放射性元素的衰变是随机的,盒子中小猫到底是死是活,只有打开盒子才知道。
没有打开盒子之前,小猫咪可能死了,也可能没死,是处于活着和死了的叠加态。
只有打开盒子观察,才能导致波函数的塌缩,看到小猫已经死了,或者还活着,打开盒子观察是确定结果的重要条件。”
爱因斯坦看到后表示赞同:“和我想的一样,给你个赞!”
这个可怜的小猫咪就是“薛定谔的阴阳猫。”
猫是人类的朋友,既可以抓老鼠,还能做宠物,漂亮的外表特别惹人稀罕。猫是死还是没死成了物理学家闲谈的高热度话题。
这个思想实验非常有意思,获得的关注量非常之大,时间非常之长,是薛定谔没有想到的。
以后做比喻,用大家感兴趣的东西,也是获得成功的重要一环。
满翾想要做的就是 “寻找薛定谔的猫”,热切希望找到试验背后的真像。
乘坐飞船到达“太阳号空间站”,玛丽也来到了这里。
在第一空间的空间站命名为“一号站”,第二空间为“二号站”。
在这里满翾感到心里淡淡的平静和安心,比在地球上舒服,也许他生来属于太空。
满翾与第一空间的什佤克南、百里星光取得联系,
四个人泡在两边的物理实验室,开始观察光子试验。
第一次观察光子的路径,是两边同时使用微光观测仪,结果和预料的一致。无论在双缝的前面或者后面观察,波函数均出现了塌缩,光子出现在屏幕上是两条光带,而且两边出现的结果一样,太空中的双缝观察实验和地球上没有什么区别。
第二次实验是两边分别观察光子的路径,无论是一号站还是二号站,分别观察,得到的结果也是一致的,只要打开一个微光观测仪,两边的屏幕上显示的只有两条光带,光波函数塌缩了。
反反复复试验多次均是如此。
继续进行下去还能有收获吗?恐怕很玄乎,结果是能够预测的。
试验背后的原理是什么?仍然没有找到。
几个年青人陷入沉思中,如何取得突破,如何找到问题的根源,寂静的太空中一群年轻人陷入迷茫。
空间站缓慢转动着,10个地球年过去了。
满翾一直没有回地球,他的心思在全双缝后面的屏幕上,如论怎样做,心里始终不能放下这个结,他们制造了非常精密的对光子没有任何干扰的观察设备,在观察的时候,两边平行空间的波函数还是出现了塌缩。
一天,飞船的光线暗淡下来时,满翾没有一点睡意。
老长时间经常思考为什么观察可以改变光量子的最终状态,肯定有什么秘密埋藏在光线的后面,但是谁也不知道答案是什么。
是不是有人故意做成这个样子,防止人类的进步呢?
满翾从床上坐了起来,现在他的心里有一个强烈的想法,是突然出现的想法:马上到物理试验室,自己独立做一次实验。
独自来到实验室,打开灯光,开通单光子发生器、接受屏幕的电源。几分钟后,在屏幕上出现多个干涉条纹;再打开光子观测仪,满翾把眼睛凑到观测镜头前。
能够看到单个光子通过双缝的其中一个,或者另外一个缝隙。观测了几分钟后,满翾向接受屏幕瞟了一眼,又把眼睛凑到观测镜头前,他把头摇了摇,眼睛闭上,再次睁开。
不对,我好像看到了什么,仔细观察一个个光子通过其中一个缝隙,挺正常的嘛,没有什么呀,是不是屏幕?
对,是屏幕,屏幕上没有出现两条光带,是多条干涉光带,波函数没有塌缩。
不会吧,是不是观测仪坏了,没有啊,还能看到一个个光子通过缝隙的过程。
是不是做梦?满翾咬了咬自己的舌头,疼,在眼前数手指头,12345,54321,也对,肯定不是做梦。
不行,还要把他俩叫起来。
满翾使用音频通知了处于熟睡中的什佤克南和百里星光。
“快起来,马上到实验室,波函数没有塌缩,我刚刚看到了,你们快点。”
“不是开玩笑吧?”
“绝对真实,不是开玩笑,快点、快点。”
两个人飞快的跑到实验室,打开灯,接通几个仪器,再看看光子接受屏幕。
“还是两条光带,波函数塌缩了。”
“怎么会?我这里明明是干涉的条纹。耶?我这里也是两条光带,怎么变了?”
“我们还想问你呢,刚才你是不是看错了?”
“不会错!条纹的变化是刚刚变成两条的。”
“难道说还要怪我们俩?难道是我们两人的出现,影响了你的实验结果?”
“ 等等,我想想。” 什佤克南右手敲打着自己的脑袋说。
过了几分钟,什佤克南接着说:“还真有可能,我俩的出现,影响了满翾的试验结果。可能我们的身体和满翾的结构有不同,它能够看到光子的运动轨迹,而且波函数不塌缩;我们正好相反,可以引起塌缩。”
“怎么证明呢?”
“这样吧,我们两个人离开,回到自己的房间,你继续观察,看看还能看到什么?”
“好的,试试吧。”
一号站的试验仪器继续打开,什佤克南和百里星光回到自己的房间。
满翾继续观察光子的运动,不可思议,屏幕上再次出现干涉条纹。
“难道我和他俩真的不同?”
满翾再次把两人叫了回来观察光子的路径,屏幕上出现的又是两条光带。
“我回到自己的房间,你们两人分别观察,看波函数还塌缩吗?”
“好的。”
满翾回到房间后,在床上躺了下来。不过心脏“砰砰”跳动的声音自己能够听到,心里有点小激动。
半小时后,什佤克南通知满翾:“回来吧,我们两个人,看到的全是塌缩后波形,没有看到干涉条纹。”
“看来,我们真的有差别。”满翾心想。
“这样吧,你们把光子接受屏幕的记录功能处于打开状态,你们两人再回去,我重新观察,并把结果记录下来,再回放看。”
“这个方式不错,希望能够成功。”
`两个人回去后,满翾再次观测光子的运动轨迹,并看到屏幕上的条纹呈现干涉状态,35分钟后,在电脑上新建一个图像文件,把干涉条纹形成过程的视频保存下来,反复重看两遍,没有错误,把他两个人再次叫回实验室。
屏幕上又出现了两条光带,波函数又塌缩了。
“你们看看屏幕的视频记录,2分钟之前是不是有干涉条纹出现?”
“好的,正在回放。不过还是呈现塌缩后的波形。”
“再向前看看。”
太空中的时间过得本来就慢,回放的过程感觉时间更慢了。
“回放到40分钟之前了,依然没有干涉条纹出现。”
“真是见鬼了,我这里有保存的视频记录,明明是干涉条纹吗!坏了,我保存的文件里面的图像怎么也是两条光带?我的天哪!!!”