量子力學的實驗，居然印證了萬物皆有靈.....

Hello大家好 我是尼克感性K哥 歡迎回到我的頻道 當代物理學界有兩大支柱 分別是量子力學和愛因斯坦的相對論 愛因斯坦的相對論負責解釋引力 能量空間還有時間 量子力學負責解釋除此以外的一切 我們現在對於宇宙的認知 都是建立在這兩大支柱理論之上 相對論主宏觀描述 量子力學負責微觀解釋 我們現在所居住的宇宙 是在四種力的作用下形成的 分別是原子核內部運行的強核力和弱核力 將原子和分子粘在一起的電磁力 還有一種叫萬有引力 微觀世界的強核力 弱核力 還有電磁力 都是由量子力學解釋 只有最弱的 但又是我們最熟悉的萬有引力 目前量子力學還解釋不了 萬有引力 目前暫由愛因斯坦的相對論來解釋 相比於相對論 量子力學更難理解 就例如著名的物理學家費曼 他就曾經說過 沒有人真的懂量子力學 還有著名的數學家 物理學家馮諾依曼也說過 誰要說他懂量子力學 他肯定不懂 所以量子力學到底有多複雜 就怎麼跟你形容 連愛因斯坦到死都沒有整明白 就這麼一個複雜的東西 人類科學史上 黃金時代的代表人物 像是盧瑟福 波爾 波恩 普朗克 費曼 馮諾依曼 愛因斯坦 海森堡 保羅 薛定諤 狄拉克等等 這些傳奇人物 至其一生都在研究量子力學 所以首先跟大家科普一下 量子力學 絕對是一門經過了無數次實驗證明過的 真真正正的科學 我們雖然搞不明白它爲什麼會這樣 但是並不妨礙我們去用它 就像我們今天用到的激光 電子顯微鏡 半導體 手機 電腦 網絡等等 這些都是來自於對量子力學的實際應用 今天我們就來聊聊神祕莫測的量子力學裏 一個細思極恐的實驗 我們前面有提到 現代物理學界有兩大支柱 分別是相對論和量子力學 這兩大支柱的建立 都跟一個東西有着密不可分的關係 光可以說是宇宙裏最常見的東西了 我們每天都在接觸它 但同時光也是宇宙裏最神祕的東西 我們並不真正瞭解它 舊約聖經創世紀開篇就說 神說要有光 便有了光 光到底是什麼呢 聊到這我們就不得不提一個大哥級人物了 他就是牛頓 1675年的時候 牛頓在他的著作解釋光屬性的假說 這本書裏面就有提過 他說光是由光源向四面八方發射的威力 也就是說在牛頓看來 光是一連串的威力 這就是牛頓著名的光威力說 牛頓這個說法解釋了光爲什麼會沿直線傳播 也解釋了光爲什麼會出現反射現象 但是很快人們就發現這個說法有瑕疵 就例如我們在光源處照一個帶花紋的紙 這時候牆上就會出現花紋的光影 然後你在另一個光源上 再照上另一種帶花紋的紙 這時候矛盾點就來了 如果牛頓的光威力說是真的 光是一種威力的話 那麼這兩處相互交叉的粒子流 肯定會發生碰撞 就像你抬球說抬球一樣 它們會彼此相撞 然後交叉碰撞的部分 會導致牆上的圖像失去原有的圖形 但是在現實生活中我們都知道 這種情況根本就不會發生 那兩束光會非常默契 相互重合的部分會非常友好的穿過去 三年以後也就是1678年的時候 克里斯蒂安·惠更斯就提出了《光波動說》 並在1690年的時候發表在了他的著作 《光的專注》這本書裏 惠更斯認爲光根本就不是威力的聚合 而是一種波 這個就是著名的光波動說 方便理解的話 你可以把光的這種波動性 想象成我們平時常見的水波 波和波之間是可以疊加傳播的 所以也就解決了粒子碰撞的問題 如果聽到這兒 你有一種哦的感覺的話 那量子力學這塊你基本已經入門了 我懂了 你懂了 好 非常好 再後來法拉第和麥克斯韋 又通過實驗證明了光是一種電磁波 這時候波派基本上已經千秋萬載一統江湖了 直到1905年的時候 愛因斯坦蹦的一下站起來了 力挺粒子理論 說我覺得光這玩意兒它得是個粒子 但是當時有太多的科學實驗證明光是波 所以愛因斯坦這一舉手 被當時物理學界嘲笑的不行了 大家吵得不可開交 誰也說服不了誰 那光到底是粒子還是波呢 你們也別吵了 咱們做個實驗不就知道了嗎 這就是接下來著名的雙縫干涉實驗 這個實驗不做還好 一座幾百年建立起來的經典物理學大廈 幾乎在一夜之間就塌了 怎麼會這樣呢 我們接着往下聊 雙縫干涉實驗它從設備來說其實非常簡單的 它是用一個粒子槍朝着探測屏發射粒子 在粒子槍和屏幕之間擋一個不透明板 在板子中間開兩條非常窄的縫 通過窄縫的光會抵達探測屏 通過這樣的方法 我們就可以記錄一下光的照射圖形 從而我們就可以分析光具體的物理性質 所以說明白一點 如果光是粒子的話 它就會像子彈一樣飛過去 你可以把對面屏幕想象成靶子 在不透明板的阻擋下 靶子上會出現兩道槓 因爲就是這兩道槓可以通過 如果光是波的話會怎麼樣呢 光如果是波的話 它就在通過這兩條窄縫的時候 會出現兩個波源 兩道波會各自振盪疊加 在屏幕上會出現標準的干涉現象 干涉現象反映在屏幕上 就是非常漂亮的斑馬線 波的干涉大家如果不能想象的話 你想象一下水波的干涉 它其實是一樣的道理 干涉現象是什麼 也就是兩個波 它在波峯和波谷之間會疊加 波峯和波谷之間會相互抵消 最後反映在探測屏上 會形成一條一條的斑馬線 所以大家記一下 兩道槓光就是粒子 斑馬線光就是波 實驗一開始 這個光源一開 對面的屏幕上 立刻出現了標準的斑馬線圖案 光出現了波的干涉 好 謎團解開了 大家回家喫飯吧 要真是這麼簡單就好了 這個實驗繼續 你剛纔這個光源開的太猛了 這次咱們一個光子 一個光子的往上打 看看會怎麼樣 首先我告訴你 一個光子打過去 它就是一個點 因爲它就是像子彈一樣的 你覺得一個一個往上打 最終會出現什麼圖案 兩道槓是吧 這是正常思維都覺得 這不就是跟扎飛鏢和打子彈是一樣的 就應該打出兩道槓了 對吧 我們謎底揭曉 一個一個打過去的時候 屏幕上先是出現了一個又一個的光點 隨着點射數量的逐漸增加 屏幕上竟然出現了 和第一次一樣的斑馬線 非常標準且漂亮的斑馬線 無論你重複這個實驗多少次 都是一樣的 就是標準的斑馬線 這個就非常違揹我們的常識 對吧 因爲干涉線出現的 必須有兩個波相互疊加纔行 你一次打一個光子過去 這個光子它跟誰幹涉 難道是在發射這一個光子的時候 它同時過了左右兩縫 然後自己跟自己干涉疊加了嗎 你別說還真是這樣 這個就是量子力學裏 非常不可思議的疊加態原理 在宏觀世界裏 我們根本無法理解這個原理 相當於你同時進了兩個不同的門 然後過去以後 你自己還跟自己積了個漲 這個在微觀世界它就是真的 這就是薛定諤那隻既死又活的貓 這種既死又活的狀態 就是量子力學的疊加態原理 剛入門的小夥伴可能聽到這 已經感覺有點不好理解了 是吧 還沒完呢 實驗繼續 你不是同時過兩個縫嗎 然後自己跟自己玩干涉嗎 好 我倒要看看你到底是怎麼玩的 所以這次實驗全程加不上攝像頭 我要把你的每一個動作都看清 一開光源 科學家們全傻眼 這次沒有斑馬線 屏幕上出現了標標準準的兩道槓 所有人都懵了 斑馬線去哪了 我要看你 結果你變成兩道槓了 兩道槓就變成了我們最容易理解的 就像子彈打板一樣的例子了 透過兩道縫出現了標準的兩道槓 後來發現只要全程加攝像頭 不管你做多少次實驗 它永遠都是兩道槓 然後你把攝像頭這麼一去 不管你做多少次 它都是斑馬線 這一下可把科學家們都整懵了 合着我不觀察你 你就斑馬線 我一觀察你 你就兩道槓 愛因斯坦是最接受不了這個實驗結果的 因爲在經典物理學裏 一就是一 零就是零 你怎麼能既是一又是零呢 而且我主觀的觀測行爲 怎麼能對你客觀結果造成改變呢 我看你的時候你兩道槓 我不看你了 你就成斑馬線了 這個在經典物理學裏是根本就不可能的 你是不是說反了 看你的時候是斑馬線 不看你了 看你的時候是兩道槓 那你前面要說錯 我前面說對了 一定說對了 不對 你前面說反了 你是看的時候是斑馬線 然後不看的時候用攝像頭 你說我們要看一下你斑馬線 然後變兩道槓了 就是看完以後就變兩道槓了 你明白嗎 現在已經理解不了了 剛纔信誓旦旦的說已經懂了量子力學了 你肯定講錯了 我講錯了 你理解不了了 主觀觀測能改變客觀現實 這個事你能理解嗎 你能理解 這個事情你能理解 不可能 我看不看你 你竟然是兩種東西 你怎麼可能 就跟你的手機 我看你的時候你是手機 我不看你了 你變成哆啦A夢了 你真能理解這個事情嗎 不好理解是吧 這個不好理解的在後面 就是說我們主觀觀測 會造成客觀結果的不同 那既然這個就已經是既定事實了 那我們就再好好研究研究 它到底是怎麼形成兩道槓的 所以這次我們就改成了 一個光子一個光子的打 然後攝像頭全程的觀測 然後全程就看到這個光子 從左邊縫過去 然後打到左邊的屏幕上 然後另一個光子 從右邊縫過去 打到右邊屏幕上 隨着時間推移這麼一個打 最後屏幕上還是出現了兩道槓 而且全程監控發現光子 並沒有同時經過兩道縫 也沒有自己和自己發生干涉 一次就過一個縫 非常守規矩 過去以後就打到它應該去的位置 就跟我們宏觀世界子彈打靶是一樣的 然後科學家們就又把攝像頭去了 再打又是斑馬線 咱們都已經適應了兩道槓了 你這現在又來斑馬線了 只要我一不看你就是斑馬線了 那我們剛纔聊的這個 就是量子力學的觀察者原理 也就是說只要你觀測了 就會引起我們前面說的 那個疊加態的坍縮 從而就會出現一個絕對的結果 聽到這兒如果你已經覺得不可思議了 那麼接下來的實驗 絕對會顛覆你的三觀 科學家們讓實驗繼續 你不是不讓我看嗎 好 這次我就把架在兩道縫的攝像頭給去了 我不看你是怎麼過縫的 我也不管你有沒有同時過兩個縫 我也不管你自己跟自己干涉了沒有 你不是不讓我看嗎 我都不看 我只看最後的屏幕 你猜會發生什麼 就我不看你了 我不看你了 你不讓我看 我不看了 我就看最後的屏幕 你猜這次會發生什麼 我理不清了 屏幕明白了 好 就是全程不看 只看最後屏幕的話 不管你做多少次實驗 上面一定是兩道槓 你最後看屏幕那個攝像頭 你把它撤得再快都沒有用 做了無數次實驗 只要你最後朝屏幕撇那麼一下子 它絕對是兩道槓 你肯定會說哥我冤枉 我根本就沒看你是怎麼過縫的 我也沒看你是怎麼飛的 我沒觀察你 光就說了不行 你看了 所以符合觀察者原理 我就是兩道槓 他說哥我沒看 他說你看了 我沒看 你看了 就是這樣 下面這個就更恐怖了 我全程看 從你飛出來 我就開始看你 你小子過哪個縫 我看得清清楚楚的 沒有同時過 沒有自己跟自己干涉 好 我全程看99.99% 從你打出來 我就開始看 我一路看過去 我幾乎是看完了全程 就在你最後啪嗒沾上去的那一下子 我不看了 就你最後那一下子我不看了 而且我撤得非常快 這會你總該是兩道槓了 因爲我可是全程看着你 從左邊飛的 就差那麼最後一下子 你就啪嗒上去了 你就應該落在左邊 按理說你就是左邊一條縫 右邊一條縫 兩道槓 結果你給我來了一個標準的斑馬線 這個就是雙縫干涉實驗的延遲選擇實驗 目前沒有任何一個人可以解釋這個現象 非常恐怖 因爲它完全違背了經典物理學的因果論 按說在我觀察之下 你的疊加態已經坍塌了 你在過縫的時候 你的疊加態已經坍塌了 你就是一個粒子過去 你就應該打在左邊 然後給我兩道槓纔對 而且本身觀察者原理 大家琢磨一下 它本身就已經很詭異了 後來科學家又不斷做了別的實驗 發現不光是光子 後來還拿電子 原子 甚至是分子 去做了一模模一樣的實驗 不管你怎麼做 不管你做多少次 結果都是一模模一樣的 衆所周知 我們路邊的一塊石頭 海里的海水 甚至你手裏拿的手機 都是由這些基本粒子組成的 根據觀察者原理 你在看一塊石頭的時候 這塊石頭 它竟然知道你在看它 你在凝視深淵的時候 深淵真的也在凝視你 說到這兒大家知道了吧 萬物皆有靈 朋友們 不光是動物植物 萬物皆有靈 學會敬畏 這個宇宙多的是你不知道的事