神秘诡异的量子世界
爱因斯坦有句广为流传的名言，上帝不掷骰子，指的是我们生活在一个确定的世界中，一切现象都是有迹可循的；
但是，霍金也说过类似的话，却是相反的意思，他曾垂头丧气地说：“上帝不但掷骰子，还把骰子掷到了我们看不见的地方！”
为何同样是科学巨擘，两人的言论却完全相悖呢？
“上帝掷骰子”又是什么意思？
这一切都要从一个大名鼎鼎的实验说起，请做好准备，我们马上要进入诡异神奇的量子世界了。
01
1807年，英国科学家托马斯·杨在发表的一篇论文中描述了这样一个实验：
把一支蜡烛放在一张开了小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源。接着在纸后面再放一张纸，但第二张纸上开的不是小孔，而是两道平行的狭缝。
实验中从小孔射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，最终会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
杨氏双缝干涉实验虽然简单，但却有力地证明了光的波动性，因为只有波才能出现干涉效应。
这是双缝实验首次在科学史上出现，之后整个世界将因此发生翻天巨变！
1905年，爱因斯坦在研究光电效应时证明了普朗克的能量量子化猜想，提出了光量子概念，从此，光不仅具有波动性，同时还具有粒子性，量子力学的大门正式开启。
1924年，法国人德布罗意在他的博士论文中提出了一个惊人假设，既然一度被视为波的光，被发现具有粒子性，那为什么实物粒子不能具有波动性呢？
1927年，戴维逊和汤姆逊通过晶体实验发现了电子的衍射现象，从而证明了实物粒子电子也具有波动性。
光具有波粒二象性虽然有些不可思议，但科学家能忍，毕竟光属于能量体，但电子是实实在在的实物粒子，也具有波粒二象性，这就不能忍了。
02
于是，德国科学家约恩逊在1961年首次做了电子的双缝干涉实验，基本原理和之前的杨氏双缝干涉类似，用电子束射击开有两条狭缝的铜箔，如果电子只具有粒子性，屏幕上出现的就是两条与双缝对应的亮纹。
但最终实验结果却是，屏幕上出现了一道道明暗相间的干涉条纹。
约恩逊不死心，认为一定是电子流在发射过程中相互碰撞产生了干涉效应，于是降低发射器的速度，使电子一个一个发射，但屏幕上出现的仍旧是干涉条纹。
这就有点神奇了，即使电子具有波动性，但通过狭缝的都是单个电子，单个电子怎么干涉，自己和自己干涉吗？还真是！
这里就要提到量子力学中的量子叠加效应了，在我们的宏观世界中，任何物体的状态都是确定唯一的，你此刻在上海，就不能在北京；一只猫要么是活的，要么是死的，不可能又活又死。
但在量子世界中，一个粒子可以同时处于不同的位置，可以同时向上和向下自旋。
就像刚才的实验，一个电子可以同时穿过两个狭缝使自己和自己发生干涉。
虽然这听起来有点恐怖诡异，但无数实验验证的结果都是如此。
03
现在回归正题，开始双缝干涉实验的升级。
1974年，米兰大学的梅里教授突发奇想，既然量子具有叠加效应，那我就看看它是怎么叠加的。
还是约恩逊的电子实验，只是在狭缝入口另外放置了一个高精度的探测器，能探测到单个电子的运动轨迹，但这一探测就出问题了，屏幕上的干涉条纹没有了，取而代之的是两条亮纹。
也就是说，电子的干涉效应消失了，此刻只具有粒子性。而且探测器可以清晰地探测到单个电子或通过左缝，或通过右缝。
梅里教授很疑惑，于是他关闭了探测器，结果，干涉条纹又出现了。
再打开，条纹又消失，如此反复！
此刻的你是否有种后背发凉的感觉，人为探测竟然可以被电子察觉？
你想看到我是怎么产生量子叠加的，我就不让你看到，这种现象在量子力学中叫量子坍缩。
前面说过，量子世界一切都是不确定的，只有各种叠加态，但当引入人为观测时，量子叠加态就会坍塌，变成确定唯一的状态。
对应到实验中就是，在探测器关闭时，一个电子是同时通过两条狭缝，所以屏幕上出现的是干涉条纹；但探测器打开后，电子的叠加态就会坍塌，一次只能从一个狭缝通过，所以出现的是两条亮纹。
04
但更恐怖的还在后面，1979年，美国物理学家约翰惠勒再次升级了实验，名为延迟选择实验.
试验中探测器不再是放在狭缝的入口，而是狭缝后的某一处，也就是说，当电子已经通过双缝后，我们再决定是否要打开探测器探测。
最终实验结果和梅里教授的实验一样，只要打开探测器，屏幕上出现的就是普通亮纹，关闭探测器，亮纹马上变成干涉条纹。
同样的结果，但这次玩得更大，电子竟然有预知能力，知道狭缝后引入了人为探测，所以提前完成了量子坍塌。
还是电子本来是以叠加态通过的双缝，只是后来的人为探测改变了电子的“过去”？
科学家们只是惊叹量子世界的神奇诡异，却给不出任何解释。
也许爱因斯坦真的错了，上帝一直是在掷骰子，而且投掷的花样我们永远猜不到。