光的双缝干涉实验是什么,为什么说这个实验细思极恐?

理工学科有哪些~

教学上对物理
化学
数学
生物等学科的统称,这些学科的都与科学技术有着千丝万缕的连线,是从事科学研究的基础。
理工学科包括
数学
物理学
化学
生物学
天文学
心理学
地球科学
农业科学
环境学
生态学
工程技术科学
建筑学
......

一、理工学科是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。理工事实上是自然、科学、和科技的容合。
二、理工科专业分为理、工、农、医四个学科门类,各学科专业设置如下:
(一)、理学
1. 数学类 :数学与应用数学;信息与计算科学
2. 物理学类:物理学;应用物理学
3.化学:化学;应用化学
4. 生物科学类:生物科学;生物技术
5.天文学类:天文学
6. 地质学类:地质学;地球化学
7. 地理科学类:地理科学;资源环境与城乡规划管理;地理信息系统
8. 地球物理学类:地球物理学
9. 大气科学类:海洋科学;应用气象学
10. 海洋科学类:海洋科学;海洋技术
11. 力学类:理论与应用力学
12. 电子信息科学类:电子信息科学与技术;微电子学;光信息科学与技术
13. 材料科学类:材料物理;材料化学
14. 环境科学类:环境科学;生态学
15. 心理学类:心理学;应用心理学
16. 统计学类:统计学
(二)、工学
1. 地矿类:采矿工程;石油工程;矿物加工工程;勘查技术与工程;资源勘查工程
2. 材料类:冶金工程;金属材料工程;无机非金属材料工程;高分子材料与工程
3. 机械类:机械设计制造及其自动化;材料成型及控制工程;工业设计;过程装备与控制工程
4.仪器仪表类:测控技术与仪器
5. 能源动力类:核工程与核技术
6. 电气信息类:电气工程及其自动化;自动化;电子信息工程;通信工程;计算机科学与技术;生物医学工程
7. 土建类:建筑学;城市规划;土木工程;建筑环境与设备工程;给水排水工程
8. 水利类:水利水电工程;水文与水资源工程;港口航道与海岸工程
9. 测绘类:测绘工程
10. 环境与安全类:环境工程;安全工程
11. 化工与制药类:化学工程与工艺;制药工程
12. 交通运输类:交通运输;交通工程;油气储运工程;飞行技术;航海技术;轮机工程
13. 海洋工程类:船舶与海洋工程
14. 轻工纺织食品类:食品科学与工程;轻化工程;包装工程;印刷工程;纺织工程;服装设计与工程
15. 航空航天类:飞行器设计与工程;飞行器动力工程;飞行器制造工程;飞行器环境与生命保障工程
16. 武器类:武器系统与发射工程;探测制导与控制技术;弹药工程与爆炸技术;特种能源工程与烟火技术;地面武器机动工程;信息对抗技术
17. 工程力学类:工程力学
18. 生物工程类:生物工程
19. 农业工程类:农业机械化及其自动化;农业电气化与自动化;农业建筑环境与能源工程;农业水利工程
20. 林业工程类:森林工程;木材科学与工程;林产化工
21. 公安技术类:刑事科学技术;消防工程
(三)、农学
1. 植物生产类:农学;园艺;植物保护;茶学
2. 草业科学类:草业科学
3. 森林资源类:林学;森林资源保护与游憩;野生动物与自然保护区管理
4. 环境生态类:园林;水土保持与荒漠化防治;农业资源与环境
5. 动物生产类:动物科学:蚕学
6. 动物医学类:动物医学
7. 水产类:水产养殖学;海洋渔业科学与技术
(四)、医学
1. 基础医学类:基础医学
2. 预防医学类:预防医学
3. 临床医学与医学技术类:临床医学;麻醉学;医学影像学;医学检验
4. 口腔医学类:口腔医学
5. 中医学类:中医学;针灸推拿学;蒙医学;藏医学
6. 法医学类:法医学
7. 护理学类:护理学
8. 药学类:药学;中药学;药物制剂

双缝干涉实验所显示出来的结果是20世纪科学家集体遭遇的一次“灵异事件”,在这个简单的实验中微观世界的基本本质,叠加态、不确定性、观察者效应展现的淋漓尽致。

而这三个现象有是如此的烧脑、违反直觉、毁人三观,所以我们常说双缝干涉实验的结果让人觉得后背发凉,有那么一点“恐怖”的感觉。


我们人类作为一个宏观世界的一部分,在量子力学出现之前我们的科学认知都是建立在现实的确定性之上的,我们科学理论可以完美的解释和预测宇宙中的任何现象。

例如,通过牛顿力学我们可以准确的预测一个事物未来的发展动向,前提是只要知道这个事物初始的状态,以及它未来所经历的相互作用。


1846年,我们更是利用物理和数学预测的方式准确的发现了海王星的位置,可以说这是人类宏观世界科学的一次伟大胜利。

毫不夸张的说,如果有一台超级强大的计算机,它可以根据已有的理论预测出宇宙中所有事物的未来,这就是现实世界的确定性,以及可预测性。


这不仅仅是我们普通人心里的世界观,也是20世界大部分科学家的世界观,爱因斯坦也不例外。但是这一切都被一场物理学的“灵异事件”打破了。

是波还是粒子

微观世界的尺度非常小,都是些原子、电子之类的小玩意,这些东西不仅在生活中看不到,就连科学家也一直被挡在门外,我们真正了解原子、建立模型也就是上个世纪的事。

但是有一个粒子经常在我们眼前晃来晃去,可以说晃了数百万年,那时我们还是树上的猴子,它就是光子!


虽然光子很常见,但是关于光是什么?这个问题人类是想了几千年,直到17世纪牛顿大哥才说光是微粒,是一种实物粒子。

不过当时就有人提出反对意见认为光是波,因为身为粒子的光无法解释光的衍射现象,而且如果光是微粒的话为什么我们看不见两束光发生碰撞呢?这个人就是惠更斯。


由于惠更斯并拿不出任何实验证据,再加之牛顿学霸当时在科学家的威望极高,所以光是微粒就得到人们的认可。

那么关于光到底是什么?就在科学界形成了两个不同的派别:波派和粒派!


粒派所认为的粒子,我们可以将其想象成为一个个光滑的小球,它们遵循实物粒子的运动规律。也就是说,当你打开手电筒的一瞬间既有无数颗光颗粒向炮弹一个沿着直线向外飞奔。

除了牛顿之前所说的实物颗粒,普朗克和爱因斯坦后来也认为光是一种粒子,称为光量子,这个光量子和牛顿的微粒有着本质的区别。量子是一份一份不可分割、且不连续的能量。


波派所认为的波,就类似于我们生活中常见的水波,有波峰、波谷,可以完美的解释光的衍射和干涉现象。

可问题是波和粒子是完全不同的东西,在现实生活中我们看到的事物它是实物粒子就是实物粒子,它是波就是波,不可能存在两面性,我们也无法理解即使波又是粒子的事物。


硬币不是正面就是反面,不可能有即使正面又是反面的硬币,事物不是黑就是白,这就是现实的确定性。所以波派和粒派就持续撕逼了百年,不分胜负。

灵异实验:双缝干涉

也许微观世界有它自己的本质,也许它真的跟宏观世界不一样,也许宇宙真的需要两套不同的理论去解释,也是事物真的存在两面性,也就是波粒二象性,而我们只是各执一词、盲人摸象罢了。

那么光到底是什么?科学家决定做一个实验,这个实验可以完美探测波和粒子的不同特性。双缝干涉实验其实特别简单,就是在光源和探测屏幕之间放一个开了两个狭缝的挡板。

然后用光源向挡板啪啪啪发射光子,然后观察屏幕上的呈现。这个实验无外乎两种可能:


光就是粒子,就是我们所说的实物小球,或者是生活中的石子、子弹,当光经过中间的挡板时,大部分的光会被挡住,只有两条狭缝可以允许光通过,并且光在屏幕上留下两道杠。这就是粒子运动的典型特性。


光是波,它可以像水波那样在经过两条狭缝以后发生干涉,波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,波峰和波谷抵消,最后在屏幕上留下干涉条纹,看起来就像是斑马线。

第一次实验,我们对准双峰发射光束,实验的结果是在屏幕上产生了明暗相间的干涉条纹。这无疑说明,光确实是一种波,可以发生干涉。

这是否就说明波派胜利了?其实不然,上面你是发射的光束,你能不能改成一个个光子来发射。也就是我们上文说的光量子。粒派认为这样铁定是两道杠!


第二次实验:重复做上述过程,一个一个发射光子,起初由于光子的数量很少,在屏幕上出现了杂乱无章的图案,但是当光子数量增多时,神奇的事情发生了,屏幕上开始显示出了干涉条纹!

到这里先不谈波粒之间的竞争,因为出现了一个全新的问题,我们知道要想产生干涉条纹,必须得有两个波进行干涉,这就是为什么要开双峰的原因,但缝的话任何波都不会产生斑马线。

但是一个一个发射光子,单个光子要么经过右狭缝、要么经过左狭缝,单个光子在和谁发生干涉?难道它同时经过了双缝,并且和自己发生了关系?所以说波粒之争的事情在双缝实验上变得越来越复杂了。


如何解决这个问题?科学家想到了一个办法,我们可以在左右狭缝后加上光电探测器,来看一下单个光子到底是通过了哪条狭缝,还是它会分身分别经过了两条狭缝?

这里需要注明一点:观察粒子经过哪条狭缝这个实验,历史上使用的是电子而不是光子,因为我们可以向电子发射光子来进行探测它到底经过了哪个狭缝,而光子本身我们无法去探测,所以使用光子的实验我们本身也做不出来,不过这不影响我们的思想实验。


第三次实验:还是以点射的方式发射光子,探测的结果是,光子要么经过左狭缝,要么经过右狭缝,并没有分身,也没有同时经过两个狭缝,光子还是一个一个的粒子。

这时波派和粒派都松了一口气,这说明光子具有波粒二象性(其实粒子的性质也在光电效应上得到了证实),它即使波也是粒子,处在两种状态的叠加态,微观世界还真是诡异,粒子处在混沌的两面性。

但是到这里真正刷新人们三观的灵异事件发生了。

我们不就是探测了一下光子到底经过了哪个狭缝,居然导致了屏幕上的干涉条纹消失了,变成两道杠。这说明我们的观测行为导致了光子的状态发生了改变。

这也意味着我们的观测行为,影响了结果。这听起来十分的玄学,难道我们看不看一个事物能够改变它的最终状态。

观察者效应

微观世界毕竟离我们很远,我们无法体会到这件事道理灵异到了哪里。下面我就举个宏观世界的例子。足球这项运动看过吧。


足球运动员射球的一瞬间这个球进不进和足球当时所处的位置、运动员发力的大小和位置、风速等等这些物理因素有关,只要经过足够精细的科学分析,我们就能判断出这个球到底能不能进。

但是唯独没有关系的就是你当时有没有看这场比赛,你看与不看都不妨碍球是否能进。但是微观世界的实验告诉我们,球进与不进这个结果和你有没有看球有关。

这简直令人发狂,不可思议。尤其是当有些人给观察者这件事上加入了人类的意识以后,整件事情就变得更加的诡异了。

被搬倒了几千年的唯心主义差点复活。人类的意识可以改变宇宙的状态。

以上的实验都是在光子经过双缝的时候我们对其进行了观测,导致了光子的叠加态坍缩到了单一的量子态,表现出了粒子的特性。

那么我们这次让光子首先经过双缝,在它经过双缝的时候应该会保持原有的叠加状态,我们这时在以非常快的速度加上探测器,那么结果会怎么样?


不论我们加上探测器的速度有多快干涉条纹都会消失。反过来,一开始有探测器,只要在最后的一瞬间撤掉探测器,干涉条纹就会出现。

这次实验类似于惠勒的延迟选择实验,光子貌似是事先已经知道了我们要对它进行探测,在经过双缝时就表现出了粒子的特性导致干涉条纹消失。而我们只要停止观测,光子在双缝处又开始与自己发生干涉。

反过来说,我们未来的选择,决定了光子最初的状态!因为光子做出选择在先,我们观测在后。

在微观世界中,因果律貌似也失去了作用。这就是量子力学的世界,这就是微观世界的诡异和恐怖之处。

哥本哈根诠释

双缝干涉实验包含了量子力学中的三大基本原则:叠加态、不确定性、观察者。

叠加态是微观粒子的本质,一个粒子可以处在不同状态的混沌态,它具有多面性。以光子来说它就是波粒二象性。一个光子可以同时处在左缝和右缝这两种路径的叠加态中,可以同时穿过两条狭缝,并于自己发生干涉。

不确定性原理,也称为测不准原理,在微观世界中我们宏观世界中科学准确的预测性完全不起作用,微观粒子的行为只满足概率统计,我们不能准确的同时知道一个粒子的位置和动量。

这两个物理量的测量误差的乘积一定大于某个值,也就是说,如果我们准确的知道了一个粒子的位置,那么它的动量可能会是0到无穷大,变得十分不确定。

而在单个发射光子的时候,这个光子到底会落在屏幕的那个位置,我们无法准确的知道,只能说出它出现在某个位置的概率是多少。这一点和宏观世界有着本质的区别,需要用不同的理论去解释。

测量这件事会导致微观粒子的波函数发生坍缩,也就是从混沌的叠加态转变为确定的状态,例如,我们对光子(电子)的观测就导致了光子从叠加态坍缩到了粒子态。这样也会导致光子不能神奇同时处在两个路径的叠加态中,只能选择一个单一的狭缝经过,从而导致干涉条纹消失。

那么这跟人类的观察有何关系?


观察这个行为确是具有人为的因素,貌似是人的因素导致了量子态发生坍缩,导致结结果发生改变,甚至导致未来决定过去。

但是观察这种行为是怎样发生的呢?上文我已经提过,历史上对双缝实验的观察我们无法用光子做出来,而使用的是电子,因为在我们观察的时候,我们要想获得粒子的信息,就必须要使用另外一个粒子和其发生相互作用,来反馈给我们。


你想一下我们如何去观察电子?是不是要向电子发射一定能量的光子,当光子在被反射回来时,我们才能知道电子的状态。

没有这种交互作用,也就没有所谓的观察!但是这个测量的过程就会导致电子的状态被限制单一的状态中,换句话说,当电子穿过狭缝时,我们强迫电子与光子发生相互作用,正是这个过程导致电子波函数的坍缩。

所以说观察行为也是一种量子行为。跟人类的意识没有任何关系。



双缝实验的原理是什么?
答:双缝实验 让我们考虑这一“原型的”量子力学实验。一束电子或光或其他种类的“粒子--波”通过双窄缝射到后面的屏幕去。为了确定起见,我们用光做实验。按照通常的命名法,光量子称为“光子”。光作为粒子(亦即光子)的呈现最清楚地发生在屏幕上。光以分立的定域性的能量单位到达那里,这能量按照普郎克...

双缝干涉实验是什么?这个实验有什么意义呢?
答:换句话说,任一点的亮度应为右狭缝被阻塞时的亮度与左狭缝被阻塞时的亮度之和。但是,在双缝干涉实验中,发现阻塞一个缝隙会使屏幕上的某些点变亮,而其他点变暗。这只能通过波的交替相加和相减干涉来解释,而不能仅由粒子的相加性质来解释,这证明了光既具有粒子性,也具有波动性。通常,当只有一个...

双缝干涉实验是怎么提出的?为什么有人说它很诡异?意识真能改变干涉条...
答:光波动说的有力证明——双缝干涉实验双缝干涉实验是从单缝衍射实验衍生出来的,让一束光经过相距很近的两条狭缝后,投射到缝后的屏幕上,一般来说,当光经过一条竖着的狭缝时,会发生衍射——光绕过障碍物弯散传播的现象,在屏幕上看到的并不是一条竖着的亮纹,而是一条横着的亮带。(如下图上部分...

双缝实验到底是什么意思,谁能简单的给我阐述一下?
答:双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。也是一种“双路径实验”。在这种广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。1961年,蒂宾根大学的克劳斯·约恩...

双缝干涉是什么样的现象?对物理界来说有何意义?
答:在经典力学中,双缝实验又称为“杨氏双缝实验”,专门演示光波的干涉行为,是因物理学者托马斯·杨而命名,这个试验过程一点也不奇怪,也没有什么值得特别关注的地方。在量子力学中,双缝实验也可以用来检试像中子、原子、分子等微观物体的物理行为,现代科技水平已经能够制造可靠地发射单独电子的物理仪器。19...

双缝实验是怎么回事?
答:杨氏双缝干涉实验中,光源上下移动时,干涉条纹下上移动(移动方向与前者的相反)。干扰必须第一相干光绕过障碍物(事实上,衍射),然后相互叠加,形成了光与暗的条纹。双缝垂直,水平方向上,体积小,容易绕过去的光(衍射),位于左,右两侧;每个接缝,而垂直方向上的大小,是不容易的光绕过去,所以没...

双缝干涉实验是什么
答:双缝干涉实验是爱因斯坦的一个著名的物理实验,这个实验证明了光速并不是一个固定值,而是一种普朗克的常数,同时也证明了相对论并不是绝对的。一、光的波粒二象性 1、爱因斯坦就用这个实验证明了光的波粒二象性。这个实验最初被认为是爱因斯坦为了证实自己相对论思想而做的一次很小的实验。2、但是在这个...

双缝科学实验是怎么回事,为何让科学家都感到恐怖?
答:一束光通过两个缝会在后面形成明暗相间的条纹。恐怖是因为一个实物的群体经过一个洞只会有固定的运动轨迹,但是实验确证明了运动轨迹并不是人们想的那样。

什么是双缝干涉试验?为什么会有人说它可怕?
答:十七世纪,科学不发达,光是粒子还是波,一直没有一个定论,在一个实验后,人们认识到了光的属性,而这个实验就是双缝干涉实验,利用机器向两个缝隙发射一道光,光子穿过缝隙后,投射到双缝后的屏幕上,会出现两道竖向光纹,接下来,利用机器将电子朝着两个缝隙点发射出去,而屏幕上出现了多条竖向条纹...

双缝干涉实验是什么原理呢?
答:双缝干涉实验公式为△x=Lλ/d,λ是相干光源发出光的波长L是缝到屏之间的距离 d是两缝之间的距离。双缝干涉的公式中的Ax、d、L和λ的单位都是米。公式中的Ax是相邻两条亮纹间隔,d是双缝间距,L是双缝到屏的距离,λ是单色光的波长。距离的单位统一用米作为国际单位。在量子力学里,双缝实验是...

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