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一个简单的高中实验,揭示了一个无法解释的诡异现象

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综述

在初中和高中,我们都能接触到许多的实验类课程,这些课程大都比较有趣,所用的道具也相当简单,但就是这些简单的道具,在精心的编排之下竟然就能讲述一个又一个深刻的科学道理。

今天我们演来带大家了解的这个科学现象就是通过十分简单的实验观测得出的。这个实验所需要的东西很少,我们在家里都可以将其相当完整的模拟出来,但是其背后所蕴含的却是一个我们至今还完全无法解释的诡异现象,今天我们就来带大家了解一下这十分著名的——双缝干涉实验。

双缝干涉实验

原始的双缝干涉实验十分简单,所用到的东西不过是一块不透光的板子,一把锋利的刀,和一条稳定的单色平行光。这些东西在我们的家中都十分常见,毫不费力的就可以找到。

要做双缝干涉实验,我们首先要在那块不透明的板子上划出两道极为细小的缝隙,在划出缝隙的时候我们要注意,这两条缝隙彼此之间的间隔应该尽量少于一毫米,每条缝隙的宽度也要尽量控制在一毫米以内。

这样的要求虽然有些苛刻,但是如果细心的话是完全可以完成的。在这之后,我们就可以开始正式的实验了。

首先,我们要将环境内的光源减少,让单色平行光在环境当中清晰可见。

在这些准备工作结束之后,我们就让这单色平行光穿过设计好的缝隙,打到墙壁上。

按照常理来说,我们应该可以见到两条与缝隙形状类似的光斑,但是,在这个试验中我们却发现数条彼此之间干涉的波纹,整体的光影形态和前置的挡板有着十分显著的差异。

这种物理现象看上去被没有什么大不了,但是在某种意义上来说,这个简单的实验背后可能蕴含着这个世界的真正奥义,双缝干涉实验所产生的结果也被人称作是十分恐怖的诡异现象。它究竟恐怖在哪里?我们接着往下看。

双缝干涉实验的诡异之处

双缝干涉实验所展现的是光子通过缝隙之后所产生的得不同,这种不同十分的明显和主观,但是和我们物理学上的一致性知识极度违背。相同属性的光子在两条相邻缝隙的影响之下竟然可以体现出两种甚至多种完全不同的干涉波纹。

这种现象在某种程度上说明了物质的不确定性。

不知道大家有没有听过“薛定谔的猫”这个假设,这个假设认为,如果把一只活生生的猫和含有剧毒的食物一并放在箱子里,那么在打开箱子之前谁也没法知道这只猫究竟是活着还是死了。

极端点来说,在某个时间点,这只猫“既活着又死了”。听上去虽然有些奇怪,但是这样的假设就是想说明物质的不确定性,双缝干涉实验的出现也恰恰证明了这种现象可能真的存在。我们所处的世界难道真的是不稳定的吗?

后续的实验

为了解开双缝干涉实验背后的谜团,科学家们采用了更为先进的技术对整个实验进行重新模拟,他们势必要将这种现象用科学的方式解释出来。

著名的物理学家劳伦斯·克劳斯率先改进了双缝干涉实验,他将整个实验的平台缩小,自始至终只允许一个单一的电子通过“双缝”。一旦如此,他就能更清晰的明白光子运动背后的秘密。

但是事实是十分残忍的,克劳斯在极其微小的时间差异中向两条缝隙发射了一颗电子,没想到这一颗电子在穿过了缝隙之后仍旧体现出了互相干涉的波形态。由此可见,电子是会和自己产生干涉的。

电子的诡异之处

我们都知道,电子的个体体积很小,它又是如何同时通过两条缝隙,体现出彼此影响的波形呢?克劳斯也同样好奇,于是,他又进行了一次相同的实验。只不过这一次他准备了一个粒子探测仪装置,这样的装置可以在电子穿过缝隙的时候对其进行观测。

克劳斯本以为这一下终于可以弄明白电子运动的奥秘,没想到观测结果更是让他大吃一惊。

克劳斯在安装了粒子探测仪之后,再次进行双缝干涉实验,没想到在之前从来没有出过任何问题的实验在这次竟然失败了。克劳斯只看到了一条波纹,并没有之前的那种互相干涉的长波出现。

粒子探测仪显示,此时的电子是以粒子形态穿过缝隙,而不是彼此影响的波形。在克劳斯把粒子探测仪拿走之后,电子又恢复了原先的波形形态,成功的展示了双缝干涉实验。

在人类的观测之下,电子似乎有了生命一般,被人观测时是粒子形态,不被人观测时又是波形态,这样的现象以现在的科学水平来说是完全解释不通的。

同一时空下的同一物质竟然会因为一种对其无直接作用的东西改变形态,这更加说明了这个世界的诡异的不稳定性。

结语

已知越多,未知越多。我们人类在漫长的发展历史中已经破解了太多未知,相信现在我们眼前的未知也只是暂时的,我们中就可以用自身的智慧来解释这世界上的离奇现象。

双缝干涉试验所带给我们的诡异,也终究会被化解。在这之前,我们应该关注世界的法则,不断地深化物理学上的知识,期待光明未来的到来

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