一个简单的物理实验,却出现了让人害怕的结果,至今没有解决
科学就是由无数实验和错误组成的,有时候,一些偶然的发现和巧合,会成为重大的研究发现,比如“显微镜”就是一个很好的例子,第一个显微镜在16世纪末期的荷兰被研究出来,起初大家没有太过在意,只是认为显微镜是一种稀奇的玩物,但是在伽利略利用显微镜研究昆虫复眼后,科学家才明白在微观世界存在更多的奥秘。
直到1931年,恩斯特·鲁斯卡制造出了“电子显微镜”,人类正式进入原子时代,自此人类开始利用显微镜和其他仪器,观察微观世界中的生物和物理现象,通过观察后,科学家发现,微观世界远比文明所处的宏观世界要丰富多彩,生物是由细胞组成,自然界中的一切都可以拆分成无数微小的组成部分。
物理学家在针对微观世界研究时,发现了很多神奇的地方,比如我们今天要说的“电子双缝干涉实验”,就是一个过程不复杂的简单实验,可是这个实验得出了一个让人害怕的结果:在微观的量子世界中,有一些我们目前无法解释,甚至是无法理解的现象。
先来说一下量子的概念,在1900年普朗克首次提出了“量子”这个词,他发现自然界中的能量体,比如光子,电子,也存在一个不可继续分割缩小的状态,这个状态就叫做“量子”,所以说“量子”只是一个物理概念,不是现实中存在的粒子,同时很多光子或者电子本身就是一个量子。
听完量子的概念,你可能会认为,量子不太重要,如果量子之间的运动规律和我们宏观世界一样,那么量子就真的不太重要了,奇怪的是物理学家在研究量子之间的物理规律时,发现了一些“违背常识”的现象,比如“量子纠缠”“量子叠加”,于是科学家把量子之间的物理规律独立出来,称为“量子力学”。
著名的科学家薛定谔,爱因斯坦,普朗克,都是量子力学的奠基人,他们在研究量子力学时,就发现了这些奇怪的现象,量子之间的运动规律超乎了他们的想象,比如:两个粒子相互作用进入纠缠态后,把它们分开仍然可以相互影响,在现实世界中没有任何相似的例子,也没办法用相对论来解释,可是这样的“超自然”现象就确确实实的存在于量子的微观世界中,爱因斯坦就把这种状态称为:“鬼魂”,只能把量子力学和相对论区分开,不放在一起谈论。
在量子力学中,有一个著名的神奇实验,前文中我们也提到过那就是“双缝实验”,关于这个实验,很多科学家都做过,起初只是因为科学家在观察电子和光子时,发现有时候电子是状态是“粒子”有的时候又是“波”,这让科学家十分费解,为什么同样是一种粒子,会存在两种状态呢?
随后科学家针对这个现象,进行了“双缝实验”,简单的来说,就是让电子通过一个有着两个通道的木板,随后会在背后的屏幕上留下痕迹,在出发时,电子是粒子状态的,电子应该在屏幕上留下单独的痕迹,让人惊讶的是,两个原本应该存在的电子痕迹之间,也有一些电子留下的痕迹,这证明,有一些电子是以波的状态传播,同时穿过了两个通道,这个现象被称为“波粒二象性”,同时科学家认为,量子的身上可以同时存在两种状态,被称为“量子叠加”,可惜到了今天我们也无法解释这种状态为什么会出现。
直到1974年,梅里教授再次进行了这个实验,试图搞清楚为什么会出现这样的现象,这一次他针对实验做出了改变,在电子的必经之路上安装了两个摄像头,试图观察电子运动时发生了什么变化。
梅里教授没有想到的是,他这个举动没有破解电子运动的规律,反而给这个实验披上了一层“神秘的面纱”,因为在他给通道加上了摄像头之后,发现电子居然老老实实的以粒子的状态传播,没有留下多余的痕迹,这就让人十分疑惑了,为什么在我们观察后电子就不会改变状态了呢?这就是著名的“观察者效应”,人类的观察会让量子以一种状态运动,但是人类不观察时量子的两种状态就是同时存在的。
直到今天我们也无法解释,为什么人类的观察会对量子产生影响,难道宇宙中的一切,都和我们人类的意识有关吗?在未来人类再次提升科技,研究出更加强大的显微镜,或许就可以破解这个难题,目前这个实验带来的结果还是十分惊人的,在微观世界中,存在一些我们无法解释的现象,当然也有一些理论试图解释这些现象,“弦理论”就是一个很好的理论,只不过现在我们无法证实。