作者：Marianne
翻译：Nothing
审校：yangfz
双缝实验是物理学中最著名的实验之一。这项实验证明，微观粒子具有波的性质，并且对粒子的观测会对它们的行为造成不可思议的影响。
在实验的开始，可以想象一面具有两条窄缝的墙。接下来我们向墙上抛网球。一部分网球会被墙反弹回来，另一部分会穿过窄缝。如果第一堵墙后有另外一堵墙，穿过窄缝的网球会打在后面的墙上。如果你能记录下第二堵墙上被网球击中的点，猜猜你会看到什么？对，这些点形成的图案和墙上的狭缝形状相似。
下图中，我们画出了第一面墙的俯视图和第二面墙的正视图。
粒子撞击墙面留下的图案
现在让我们想象将一束单色光照射在墙壁的两条缝上。在下面的图中，我们展示了光波和墙壁的俯视图。蓝线代表光波的波峰。当光波通过两条狭缝以后，一束光被分成两束，每一束分别从一个狭缝中出射。之后两束光分别和对方发生干涉。如果波峰和波谷在同一点相遇，它们会相互抵消。如果两束光的波峰和波峰相遇（图中蓝线之间的交叉点），两束光会相干增强。两束光相干增强的地方是光最亮的位置。如果两束光在后面那面墙上相遇，光的干涉会在后者上形成条纹状的图案，我们称之为干涉图像。亮线处于于相干增强的位置。
干涉图案
下图是一个真实的干涉图案。这个图案里的条纹数多于上一个示意图，因为这张图里包含更多的细节。（为了保证正确性，我们应该说着张图也显示出了衍射图案，即使只有一个狭缝也应该可以看到衍射图案，但是这里我们不会详细说明，读者也不必去深究这些问题）
现在让我们进入量子的世界里讨论。如果向带有两条狭缝的墙壁上发射热电子，但是一开始关掉其中一个狭缝。你将发现一些电子会通过那条打开着的狭缝并撞上第二堵墙壁，就像网球那样：他们抵达墙壁时形成的斑点组成了和狭缝大致相同的窄带。
接下来打开第二条狭缝。你也许会猜测最终在第二堵墙上会形成两条矩形窄带，就像发射网球时一样，但是你实际看到的会非常不同：电子击中的点形成了类似于波的干涉图案那样的形状。
下图是真实的电子双缝实验中得到的图案。一张张图案是越来越多的电子抵达墙壁时形成的图案。最终结果就是干涉条纹图案
Image: [url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File
ouble-slit_experiment_results_Tanamura_four.jpg]Dr. Tonomura and Belsazar[/url], CC BY-SA 3.0
为什么会这样？
一个可能性也许是电子和其他电子相互干涉，所以它们无法到达单个电子所能达到的地方。然而，即使是一个一个的发射电子，最终依然会形成干涉图案，它们不可能有机会和其他电子发生干涉。奇怪的是，每一个电子会给整个看起来是波的干涉的图案贡献一个点。
是否有可能是每一个电子以某种方式被分开，然后同时通过连个狭缝，然后和自己干涉，最后在第二个屏上重新组合成完整的局域的电子？
为了证实我们的猜想，你可以在狭缝旁边放置一个探测器来观测电子通过的是哪一个狭缝。然而，更加奇怪的事发生了。如果你放置了探测器，探测屏幕上的图案就变得和经典粒子在双缝后形成的图案一样，就像第一张图片中看到的一样！干涉图案消失。对于电子的观测让它的运动看起来像一枚小型网球。就好像它们知道自己被监视而决定不表现出量子的奇异性。
这项实验告诉我们什么？它告诉我们那些被我们称为粒子的东西，例如电子，实际上既包含粒子的性质也包含波的性质。也就是著名的波粒二象性。它还告诉我们对量子系统的观测会对系统施加巨大的影响。观测行为到底对系统产生了什么影响也构成了量子力学里著名的测量问题。
原文链接：
发表于 2018-4-22 14:33
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