深度长文：解读电子双缝干涉实验，电子为何“既是粒子又是波”？

电子双缝干涉实验，堪称人类物理学史上最伟大的实验之一，也是让物理学家们最头疼的实验，实验过程和结果如此诡异，以至于让物理学家们开始怀疑世界的真实客观性。

实验过程就不再详述了，想必大家都有所了解，这里划重点来讲述。实验的核心就在于“观察者效应”。

什么是“观察者效应”呢？具体来讲就是，当我们不观测时，电子会以波的形式穿过两条狭缝，而当我们观测时，电子就会以粒子的形式穿过狭缝。

也就是说，观测与否会影响到电子呈现的状态：不观测时，电子表现出模糊的波动状态，而观测时，电子表现出确定的粒子状态。

往深了讲，世界到底呈现何种模样，取决于我们是否观测。显然这大大违背了我们的固有认知：世界是客观存在的。无论我们观测与否，世界就是本来那个样子。

就像爱因斯坦曾经提出这样的质疑：当我们不看月亮时，难道月亮就不在那里吗？

很显然，电子双缝干涉实验完全颠覆了人类的固有认知，但这仅仅只是开始，在之后物理学家们对实验进行不断改良过程中的发现，才真正颠覆了人们的三观。

第一次改良：物理学家们想看看电子到底是如何同时穿过两条狭缝的，于是在狭缝旁边安装了探测器进行观测。这里有必要强调一下，并不是我们日常生活中经常看到的监控探测器，而是一个通电线圈，大家知道就可以了，总之物理学家们有的是办法获取电子的路径信息。

但是不看不要紧，看了之后物理学家们 更是一头雾水：他们并没有看到电子同时穿过两条狭缝，而是乖乖地穿过其中一条狭缝，而电子接收屏上的干涉条纹也随之消失了。这意味着在物理学家们观测电子时，电子不再表现为波动性，而是粒子性。

很显然，物理学家们的观测行为改变了电子的状态。物理学术语来讲就是，观测导致电子的“波函数坍缩”，从波动状态坍缩为粒子状态。

电子就好像拥有意识一样，好像早就知道物理学家们准备干什么，并随时做出一定的反应来应对物理学家们的观测。

第二次改良：物理学家们不再直接观测电子是如何通过两条狭缝的，担心这样真的会影响电子的状态，而是等到电子穿过两条狭缝后，再进行观测。这就是延迟实验

但是，电子仍旧表现出了粒子状态，原来明暗相间的干涉条纹仍旧消失不见了。

物理学家们开始怀疑人生了：明明电子已经穿过狭缝了，按理说该是什么状态就是什么状态，人们不可能再去改变电子穿越狭缝的行为，为什么原来的干涉条纹也会消失呢？

物理学家们不甘心接受如此“丧心病狂”的结果，他们都是极具智慧的群体，于是又对实验进行了改良，这次改良彻底改变了观测行为对粒子的影响。

第三次改良：物理学家们怀疑前两次实验或许观测行为多多少少都会影响到电子，那么有没有什么方法在观测的同时，不会影响到电子的状态呢？

物理学家们还真的想出了一个办法：利用诡异的量子纠缠原理。具体怎么操作的呢？

过程有些复杂，这里就以通俗的方式来长话短说。一对纠缠中的电子经过处理后，分别朝着两个不同的方向飞行，方便起见，把两个电子分别命名为甲和乙。

甲和乙运动一定距离后到达接收电子的屏幕，不过两个电子运动的距离并不一样，甲运动的距离短，而乙运动的距离稍长。

如此一来，甲就会率先到达接受屏幕，在屏幕上形成干涉条纹，当然需要多个电子才可以。而乙到达屏幕的时间会晚一些。

物理学家们是这样操作的，在甲到达接收屏幕形成干涉条纹之后，而乙还没有到达屏幕之前，对电子乙进行观测，他们发现电子甲原本已经形成的干涉条纹竟然也会神奇消失！

这太不可思议了，你知道这意味着什么吗？

意味着物理学家们改变了原本已经发生的事情，因果律就这样被打破了！

同时，物理学家们并没有直接观测电子甲，只是观测了与甲相互纠缠的电子乙，但即便这样，也会影响电子甲的行为。

而且在物理学家们不再观测电子乙时，电子甲原来的干涉条纹又重现了。

这次改良实验就是传说中的“量子擦除实验”，完全颠覆了人们固有印象里的因果律，未来竟然可以影响过去！

面对这样的结果，物理学家们真的不知所措了，他们开始怀疑现实是否真的客观存在，因果律是否在任何时候都成立？这个世界的存在难道真的是因为我们的观测行为吗？

看到了吧，这就是让所有人都疯狂的电子双缝干涉实验！

但疯狂归疯狂，物理学家们必须给出相应的解释，不管解释本身能不能让人信服，总得有解释吧。

当然，对于如此疯狂的实验，科学界有很多种解释，不过比较正统的解释还是哥本哈根诠释，被主流物理学界所接受。

哥本哈根诠释的核心就是不确定性，或者说“叠加态”，任何微观粒子都具有不确定性，都处于不同的叠加态，而这种不确定性和叠加态才是量子世界的本质。

什么意思呢？

通俗来讲就是微观粒子都具有“波粒二象性”，既可以表现出粒子特性，也可以表现出波动性，具体表现出什么特性取决于我们是否观测，观测了就是粒子性，不观测就表现为波动性。

但其实“波粒二象性”的解释更多的是物理学家们的无奈之举，或者说中庸之道，说点不好听的就是“人类很无知”，我们并不知道微观粒子为什么具有“波粒二象性”，只是根据微观粒子的具体表现结果来倒推出“波粒二象性”的结论。

也可以这样通俗理解，光子，电子等微观粒子本质上就是波，而不是粒子，理论上它们无处不在，甚至可以随机出现在宇宙中的每个角落。而当我们进行观测时，光子和电子等微观粒子只是恰好出现在了我们观测的地方，让我们感觉到微观粒子就在那里，让我们看到微观粒子的粒子特性而不是波动性，而这，就是“波函数坍缩”。

由于波这种东西就是无处不在，所以，无论我们看向哪里，都会看到波出现在我们观测的地方！但为什么本来是波的微观粒子为什么会因为我们的观测，瞬间就坍缩为粒子呢？

这种“波函数坍缩”的解释其实也是“马后炮”，正如“波粒二象性”一样。其实物理学家们并不知道为什么会出现“波函数坍缩”，只是根据观察结果推导出了“波函数坍缩”这样的结论，去解释微观粒子的诡异行为。

说白了，所谓的“波函数坍缩”也只是假设，当然也可以认为是公理，公理的东西就无需解释，就是那样的。就像“两点之间线段最短”这个公理一样，这个公理就不需要解释，因为人们观察到的结果就是那样的。

结论

其实物理学家们早就确定量子世界里的诡异现象真的存在，比如说不确定性，叠加态，量子纠缠，量子隧穿效应等，并且早就利用这些诡异特性为人们所用，比如说，晶体管，超导材料，量子通信，量子计算机，激光，电子显微镜等产品都含有量子科技。

虽然物理学家们并不知道量子世界诡异现象的底层逻辑到底是什么，但确实知道那些诡异现象真的存在，并能够利用那些诡异现象为人类所用。

同时，物理学家们也并没有放弃寻找量子世界诡异现象的“底层逻辑”，因为他们坚信，那里一定隐藏着更深层的宇宙奥秘！