第589章 量子力學大成！接連提問！實驗升級

  第589章 量子力學大成！接連提問！實驗升級！引入觀察者！震撼全場！

  會議室內。

  所有人的臉上充滿了震撼和迷茫。

  匪夷所思的單電子雙縫干涉實驗，就這麼活生生展現在面前，顛覆了三觀。

  而布魯斯教授的解釋更是令他們目瞪口呆。

  一時間，大部分人都沒有反應過來。

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  而他們的眼中，此刻布魯斯教授不再霸天絕地，反而是神秘莫測。

  「那個男人簡直像是造物主在玩弄世界一般！」

  「物理學領域到底還有多少匪夷所思的事情？」

  看著眾人的表情，李奇維內心也十分感慨。

  至此，量子力學的所有經典內容全部出現。

  這些內容是普通人只要認真研究，就能理解的部分。

  從更高的角度重新審視量子力學，就會有新的感悟。

  量子力學的兩大核心理論是薛丁格的波動力學和海森堡的矩陣力學。

  矩陣力學是完全從經典力學的角度研究量子，描述的是量子客體的粒子性，沒有包含任何波的性質。

  粒子性就是物質性，表現為有動量等力學量，能產生碰撞、軌跡等物質現象。

  電子、質子等微觀粒子，能夠像真實的物質那樣，與其它物質發生碰撞等相互作用。

  並且粒子的動量和位置還滿足不確定性原理。

  波動力學的內涵就比較豐富了。

  在今天之前，物理學界一直把波動力學當成描述量子客體的波動性，和矩陣力學矛盾對立。

  但其實這種說法是不嚴謹的。

  波動力學的核心就是薛丁格方程。

  而薛丁格方程的核心是其中的波函數ψ。

  按照現有的理解，波函數ψ描述的量子的【狀態】隨著時間的變化。

  這裡的狀態包括量子的位置（空間分布）、動量等力學量，很明顯，這些都是經典物理中粒子才有的概念。

  因此，薛丁格方程其實也默認了量子具有粒子的性質。

  只不過粒子的性質不是像經典力學中那樣確定的。

  比如，用經典力學的思維描述電子，可以說此刻電子在A處，動量是1。

  但是在量子力學中，【電子在A處】不是確定的，而是一個概率。（同樣，電子的動量是多少，也是一個概率，所以才導致了不確定性原理。）

  這個概率的具體數值，等于波函數ψ的絕對值的平方|ψ|，這就是概率解釋。

  此外，量子狀態的概率分布就像波動一樣，所以被稱為概率波。

  最神奇的是，這種虛幻的概率波能像真實的機械波、電磁波那樣，發生干涉、衍射等現象。

  然而，你可能會提出一個問題：

  「既然量子的狀態，以電子的位置為例，是不確定的，它具體在空間中的哪個位置是概率性的。」

  「那為什麼在現實中做各種碰撞實驗時，我們可以確定電子的位置呢？」

  「比如電子撞擊到顯示屏時，它就被固定在那個位置了。」

  「從不確定到確定的這個過程，到底發生了什麼？」

  這時，就該互補原理出馬了。

  根據互補原理，波動性和粒子性都不能單獨描述量子客體的全貌。

  物質的波粒二象性是一個整體。

  如果想知道單個量子的性質，就必須對它進行測量。

  但每次測量，只能得到某一個方面的性質。

  用波動的手段就會測出波動的性質，用粒子的手段就會測出粒子的性質。

  但無論如何，不可能同時測量出量子的波動性和粒子性。

  所以，在測量以前，可以認為量子處于波動和粒子的迭加態之中。

  而一旦測量，就會使得迭加態變成確定的本徵態，這就是波函數坍縮。

  有了這些理論後，再來看電子的位置情況。

  在沒有測量前，電子的位置是一個迭加態。

  所以它可以出現在任何的位置。

  比如，出現在A處的概率是3，B處的概率是2，C處的概率是1。

  一旦對它進行測量，比如用光子去撞擊電子，根據反饋後的光子的狀態完成測量。

  那麼此時的電子就會瞬間從位置迭加態，發生波函數坍縮，處於一個確定的位置本徵態。

  而它出現的具體位置，和概率數值大小沒關係，可以在A，也可以在C，甚至還可以在D。

  但是！

  重點來了！

  雖然一個電子坍縮後出現的位置沒有規律。

  但是當大量電子先後按照同樣的條件發生波函數坍縮後，情況就變了。

  比如，此刻有10億個電子，先後發生位置的波函數坍縮。

  那麼統計它們出現的位置，就會驚人地發現：

  出現在A處的電子有3億個，B處有2億個，C處有1億個。

  大量電子的位置分布，符合波函數的計算！

  而這，就是單電子雙縫實驗出現干涉條紋的原理。

  此刻，在場的諸多大佬還在消化之中。

  以他們的智商，李奇維根本不需要講的太細。

  大佬們之所以一時間難以接受，是因為還不熟悉互補原理。

  一旦想通之後，這個實驗也就沒什麼神奇之處了。

  當前，前提是認可布魯斯詮釋的內容。

  如果像愛因斯坦、薛丁格那樣，死不承認，就確實沒辦法理解了。

  這時，李奇維看到玻爾、海森堡、泡利三人的臉上竟然露出了笑容。

  他笑著問道：

  「玻爾，看來你理解了這個實驗。」

  玻爾笑著說道：

  「是的，教授。」

  「如果認可互補原理，那麼這個實驗還是很容易理解的。」

  玻爾的話引起一陣驚呼！

  要是不懂的人聽了，肯定覺得玻爾在吹牛逼。

  但是在場的都是物理學的大佬，他們清楚玻爾的天賦。

  海森堡更是大肆地吹捧道：

  「布魯斯教授，李氏雙縫干涉實驗一定會成為物理學史上最美的實驗！」

  嘩！

  海森堡的臉皮也變厚了，竟然直接稱呼李氏雙縫實驗。

  這馬屁拍的都快上天了。

  就連李奇維也忍不住露出笑容。

  「孺子可教也。」

  「他托馬斯·楊能命名，我布魯斯·李難道不行？」

  奇怪的是，眾人竟然沒有半點覺得不妥的地方。

  以這個實驗的重要程度，以布魯斯教授如今的地位，李氏雙縫實驗名副其實。

  甚至如果真的有評選活動，至少他們會投這個實驗一票。

  就在眾人相互討論交流，試圖徹底搞懂實驗背後的原理時。

  安靜了好一會兒的愛因斯坦卻突然開口了。

  「布魯斯，我有一個問題。」

  嘩！

  眾人聞言皆是一驚！

  「難道愛因斯坦教授發現了什麼？」

  不少人立刻進入吃瓜模式。

  他們非但沒有輕視愛因斯坦教授，反而覺得幸虧今天有對方的參與。

  否則，哪裡能看到如此精彩的學術論道！

  在今天這個場合，哪怕論道失敗也是一種榮譽！

  因為不是誰都有資格挑戰布魯斯教授！

  李奇維微微一笑，說道：

  「愛因斯坦，請說。」

  愛因斯坦對著眾人說道：

  「在提問之前，我想先請布魯斯教授做一個小實驗。」

  說罷，他又看向李奇維，笑著說道：

  「布魯斯，請你把左邊狹縫關閉，只保留右邊狹縫打開，再做一次單電子實驗。」

  「時間不用太久。」

  眾人不明所以。

  「愛因斯坦教授這是什麼意思？」

  「這個實驗有啥好做的？」

  然而，李奇維只是輕輕一笑，他大概知道老愛想問什麼了。

  他照著愛因斯坦的要求，重新啟動儀器。

  這次沒有什麼懸念。

  當只有一條縫隙打開後，電子不再發生衍射，而是像粒子一樣通過狹縫。

  所以，顯示屏上干涉條紋消失，只留下一道明亮的條紋。

  這時，愛因斯坦問道：

  「當存在雙縫的時候，就出現干涉條紋；當關閉一個狹縫，干涉條紋就消失了，這是為什麼？」

  「兩個狹縫之間的距離雖然很小，只有幾十納米。」

  「但對於電子的體積而言，這個距離猶如十萬八千里。」

  「那麼，電子是如何知道另一個狹縫被關閉了，從而不發生自身干涉呢？」

  咦？

  眾人皆是一愣。

  這個問題有點意思啊。

  開關狹縫是人為的過程，電子又是怎麼知道的呢。

  難道說它具有意識？

  不然的話，它怎麼知道什麼時候該干涉，什麼時候不該干涉呢？

  李奇維說道：

  「這個問題恰恰證明了互補原理的正確性！」

  「因為雙縫本身其實就算是一種測量方式，而且是波動的測量方式。」

  「所以，此刻的電子就表現出波動的性質，從而能同時經過兩個狹縫，並且發生干涉。」

  「直到遇到顯示屏，坍縮成粒子。」

  「我們需要注意一點，哪怕電子坍縮成粒子後，它依然具有波粒二象性，而且能重新回到迭加態。」

  「如果此時把顯示屏去掉，電子會以這種迭加態的形式繼續傳播下去。」

  「現在，把雙縫改成單縫，那麼電子就只能通過一個狹縫。」

  「而一個狹縫其實可以看成是一種粒子方式的測量手段。」

  「此時電子經過狹縫後變成了確定的粒子，從而不再發生干涉，顯示屏上就沒有了干涉條紋。」

  「所以，當我們試圖獲取電子的路徑信息時，就是對電子粒子性的測量。」

  「路徑信息和干涉條紋是兩個互補的量，在同一個實驗中，只能看到其中一個。」

  「所以，電子並沒有意識，而是測量影響了電子的狀態！」

  「而這正是互補原理的內涵！」

  嘩！

  眾人恍然大悟！

  有了雙縫實驗在前，現在就容易理解多了。

  愛因斯坦沉默了。

  他發現布魯斯的邏輯簡直無懈可擊。

  一切都是那麼完美！

  只是這種完美是建立在客觀事實不能獨立存在，這個匪夷所思的基礎之上。

  這時，薛丁格忽然問道：

  「教授，顯示屏為什麼可以看成是測量手段呢？」

  眾人又是一愣。

  這也是個好問題。

  不能因為你是布魯斯教授，你說是就是。

  李奇維解釋道：

  「所謂的測量，其實就是指相互作用。」

  「我們應該有這樣一個共識：在量子力學中，不存在對一個物體進行測量，且不產生任何影響。」

  「在宏觀世界裡，測量汽車的速度，並不會對汽車本身產生實質影響。」

  「但是對於電子這樣的微觀粒子而言，要想測量，就必須用同樣大小的光子或另一個電子去撞擊。」

  「通過分析撞擊後的光子的狀態，就能知道待測電子的狀態。」

  「但是撞擊這個過程本身，必然會對電子造成影響。」

  「而這種影響，就是電子坍縮成粒子。」

  眾人默默點頭，不明覺厲。

  接著，德布羅意又問了一個問題：

  「教授，我無法想像，波函數坍縮是一個什麼樣的過程？」

  李奇維說道：

  「電子的波函數本身不代表任何物理意義。」

  「這裡的坍縮不是一個過程，更像是一種狀態的轉變，是瞬時發生，沒有時間意義。」

  「正如當電子處于波動和粒子的迭加態時，我們無法想像那是一種什麼樣的狀態。」

  「你可以把它們想成相對論中光速不變這樣的公理，不能進一步闡述。」

  這時，李奇維忽然說了一句意味深長的話：

  「或許，科學的目的，不是解釋自然的本質；而是關於自然，科學能進行什麼樣的描述。」

  嘩！

  眾人震撼無比！

  這可不是布魯斯教授以前的風格。

  如果科學不能揭示事物的本質，那要科學有什麼用呢？

  眾人內心感慨：

  「看來量子力學的神奇，不僅影響了我們，也影響了布魯斯教授。」

  「他的境界更加虛無縹緲了。」

  李奇維沒有在這個問題上繼續深究。

  哪怕到了後世，關于波函數坍縮依然沒有任何的解釋。

  它就是一個無法想像的客觀過程。

  現在無人繼續提問，但是李奇維的演講卻遠遠沒有結束。

  接下來，他將繼續做一個被後世無數人津津樂道的實驗。

  絕大多數人對量子力學和雙縫實驗的誤解，都是因為這個實驗。

  什麼「物理學不存在了」、「人的意識能夠影響現實」等等。

  那就是「觀察者效應雙縫干涉實驗」！

  在眾人的注視下，李奇維繼續說道：

  「其實，我在單電子雙縫實驗的基礎上，還準備了一個升級實驗。」

  「它更能證明互補原理的正確性。」

  「那就是引入觀察者！」

  「如果我在雙縫處安裝一個電子探測器，看看電子究竟是如何通過雙縫的。」

  「那麼諸位覺得會發生什麼情況呢？」

  轟！

  全場震撼！

  所有人都覺得不可思議！

  這真的能實現嗎？

  （還有更新耶）