量子力学— 遂穿 . 纠缠 . 那只猫(之二)

作者: 卜儿十二 | 来源:发表于2018-11-03 09:34 被阅读276次

量子力学— 遂穿 . 纠缠 . 那只猫(之二)

如果我们稍微改变双缝实验的设计，在狭缝后面装置探测器，专门探测光子通过的是哪一条狭缝，则干涉图样会完全消失，不再能观察到干涉图样。就好像这个光子能够发现这个探测器，觉得“你在看着我”，然后就不再相互干涉一般。这种反直觉的结果，使得物理学者感到非常困惑不解。没错，量子就是如此的不讲理。

量子力学— 遂穿 . 纠缠 . 那只猫(之二)

有物理学家就对此进行了一个简单的解释：光子在任何情况下通过任何一条狭缝的几率都是随机的。量子世界当中的“概率”就是一种绝绝对对的概率，并不是说我们对这个事件所做的研究和观测不够细致，量子世界就是完完全全的一个受概率支配的不讲理的世界。

有物理学者在这个实验的基础上提出了一个问题：如果光子是一个一个通过狭缝，那么会出现何种物理现象呢？1909 年，为了解答这个问题，杰弗里·泰勒爵士设计并且完成了一个很精致的双缝实验，他并没有把缝隙变得狭窄到只能通过一个光子，而是把光子发射器给改造成在任何时候每次最多发射一个光子。经过多次反复的实验后，他发现底片上仍会出现干涉条纹。

这说明了什么？光子竟可以自己与自己进行干涉！同样，杰弗里·泰勒爵士也对电子、中子、原子、分子做了相同的实验，结果证明这些东西也具有这样奇特的量子现象。

但这些仍然不是量子世界的全貌。

量子力学— 遂穿 . 纠缠 . 那只猫(之二)

遂穿

前面的那些仅仅是铺垫，现在，这篇文章才刚刚开始。

量子的双缝干涉实验指出了光子和电子具有波粒二象性，而德布罗意则认为甚至连宏观的物体也具有波粒二象性。其实这里应该再加入一个新概念“电子云”，如果有人问你：“一个原子中，电子在什么地方呢？”你就可以告诉他“在任何地方”，或者你就可以拿出电子云图，告诉他“这上面的每一个点都是这个电子”。

它在那，又不在那。

并不是说这个电子有分身术，可以变成几万个电子，它只能随机出现在一个地方，这个就叫做“波函数坍缩”。当无数个随机的点，突然确定到一个点的位置时，“波函数坍缩”就出现了，原先的每个点上出现电子的概率都是基本相同的，但是当“波函数坍缩”出现后，这个电子所在的点出现电子的概率就变成了百分之百，同时别的电子出现电子的概率就变成了零。电子随机出现并没有什么确定的轨道，而是直接凭空出现的。

真的，量子世界里的东西，如果按照我们在现实世界里的思路，是很难理解的。

那么这里我们就需要在加入一个新的概念，那就是一直被量子物理学家津津乐道的“势垒贯穿”，也叫做“隧穿效应”。

对于“隧穿”这个新名词，我们可以引用现实中的一个例子：一个人的面前有一堵墙，这堵墙叫做“势垒”。当这个人所含的能量小于势垒的时候，那么这道势垒就是无法逾越的。但是如果这个人所含的能量大于势垒，那么他就可以直接穿过这道势垒。其实就算这个人的能量小于势垒，他也具有一定的概率穿过这堵墙，这就是所谓的“隧穿效应”。

待续！