双缝实验为什么恐怖，量子力学最恐怖的实验

可能你早已在各种营销号当中听过“量子力学”这个词，甚至建立起了这样的感觉——“量子力学=诈骗”。但在真正专攻物理专业的人看来，有的时候“量子力学”的一些奇妙实验现象，让人不免得怀疑这个世界的真实性，每当深夜细细思索，都不由让人有种寒毛乍立的感觉。

下面我来介绍一个在量子力学当中困惑了物理学界将几百年之久的恐怖实验——电子的双缝干涉实验。而要讲解这个问题，不得不先提到一个天才的物理学家——托马斯·杨。他设计了光的杨氏双缝干涉实验，被誉为物理史上最美的实验之一。

早在17~18世纪时期，人们对于光的认识普遍来源于牛顿的光微粒学说——把光看成一个一个的粒子。当光碰到介质的分界面时，就会如同小球撞到桌面一样，按照同角度反弹出去（即光的反射）。

但在物理学界，对于光本质的争论（微粒学说和波动学说两大流派），却是一场持续千年的混战。甚至可以说，人类对于光的认识过程，就是整个物理史的发展轨迹（这个有机会我会分篇写写，整个历史可能几天几夜都讲不完）。19世纪初，一位年轻的英国物理学家——托马斯·杨设计了一个精妙的实验。他用光束照射两条相互平行的狭缝，如果按照微粒学说的观点，应该只会呈现两条竖的亮条纹。而实际中，显示屏上却出现了一条条明暗相间的条纹（这个实验我们会在高二物理的时候学到）。随后，托马斯·杨发表了相关的论文，并用波的干涉原理完美地解释了这一现象，也从而证明了光是一种波动（只有波动才能发生干涉，比如声波、水波），从此，光的波动学说逐渐称为主流。

但好景不长，20世纪初，一个物理学界闻名遐迩的“光电效应”使得“波动学说”再次宣告破产，甚至颠覆了整个经典物理学（以后细说）。爱因斯坦站了出来，引入了“量子”的概念，用“光子学说”成功解释了“光电效应”——光是一份一份的能量子。与波动学说和微粒学说都不同，“光子学说”既承认了光是一种“波”，也同样承认了光是一种“粒子”，只是同一事物的观测角度不同决定了不同的性质——“波粒二象性”。而同一时期，年轻的博士生德布罗意凭借着自然界物理规律不可思议的对称性，在博士论文中写道：“既然光是波粒二象性的，为什么实物粒子不行呢？”。借此，德布罗意提出了著名的“物质波”概念，认为所有看到物质（人也一样）都有其对应的波长，且动量越大，波长越小（只不过可以通过计算得出，眼睛能看到得到的宏观物体波长小到无法观测）。

德布罗意

这里就提到了我们所说的电子。电子毫无疑问是一个实物粒子，其定向移动即为电流。那么按照德布罗意的理论，电子由于其质量微小，其动量也相应来说非常小，换言之其波长能大到可被观测，事实上人们也确实在近代物理学实验中观测到了电子的波动性（干涉和衍射）。

有了上述的铺垫，下面我们一起来思考电子的双缝干涉实验。

第一步：我们将一个电子发射源连续地发出电子，将狭缝b和c都处于打开状态，屏幕上会得到什么结果呢？

实验结果：如大家所料，会跟光的干涉一样，出现电子的双缝干涉现象（屏幕上电子会形成疏密相等间隔的条纹，某些特定的区域会聚集大量电子，另外一些区域则基本不会聚集电子）。物理学家对此解释为电子和电子之间存在着看不见的波动场，相互影响了对方的运动。

为了证明是电子之间的相互影响导致了奇妙的干涉现象，物理学家又进行了第二步实验——如果猜想正确，那么只要控制一次只射出一个电子，那就应该不会发生干涉现象。

第二步：一次只射出一个电子，进行双缝实验。

电子逐一进入仪器，随机通过双缝。一个电子，两个电子……几百个电子，屏幕上电子的落点看起来杂乱无章，一点都没有干涉条纹的影子，物理学家为自己的理论得到证实而彻夜欢呼庆祝。而醒来的第二天，忘了关闭仪器的物理学家突然惊呆了，当电子数目上升到几万个时，那个挥之不去的噩梦——干涉条纹又出现了！！！

事情变得破朔迷离了起来——电子到底是跟谁发生了相互作用，从而出现了干涉现象呢？难道是自己跟自己？这就好比你自己一个人往前走，前面出现了两个互不连通的门，而你通过的方式不是选择其中一道，而是把自己劈成两半，一分为二地通过！

实验到这里还不算完。1974年，意大利物理学家梅里又进行了一次电子双缝干涉实验，只不过这一次，他往狭缝处安装上了一个高清高速摄像头，用以真实地观测电子的运动情况，想要打破电子一分为二这种近乎荒唐的理论。接下来的第三步实验，就像是打开了潘多拉魔盒一般，物理学家们也正由于这小小的好奇，触摸到了深不见底的“恐怖”。

第三步：一次只射出一个电子，在其中一个狭缝处安装一个摄像头，再次进行双缝实验。

大家不妨猜测下，实验结果是怎么样的呢？（A．电子一分为二，形成干涉条纹；B．每个电子都从任意一个门出去，最终形成干涉条纹）

答案是：都不对！

物理学家发现，安装了摄像头之后，电子无论发射了几万个，还是几十万个，干涉条纹都不见了！只剩下两个狭缝对应的仅仅两条光斑嘲笑着人类的无知。而且这个实验不管是谁来做，什么环境下来做，答案都是一致的。

电子就像是有意识存在，人们看着它时，它就乖乖地按照直线行走，不再出现干涉条纹；而当人们撤去摄像头再次实验，该死的干涉条纹又重新出现了！

不甘心的物理学家最后还想挣扎一下，做了最为诡异的最后一次实验。

第四步：一次只射出一个电子，在其中一个狭缝处安装一个摄像头，当电子通过某一个狭缝后，还没到达屏幕前的瞬间，立刻撤去摄像头，再次进行双缝实验。

大家觉得会发生什么？

按理说，只要电子通过了狭缝，所有可能的相互作用都已经完成，有摄像头的前提下是不能形成条纹的，只要电子还没到达屏幕前，飞快地撤去摄像头，应该呈现的还是没有干涉条纹的状态。

答案是：诡异的干涉条纹仍然出现了！！！这说明了什么样一件可怕的事实呢？——发生在电子穿过狭缝后，未到达屏幕前的拆装摄像头行为，可以反过来影响电子的“过去”，即穿过狭缝前的选择！

每每想到该实验，我总是感到人类自身的渺小。无怪乎牛顿、爱因斯坦这样的科学大牛，晚年时都是信教徒，科学的尽头到底是什么呢？可能只有永生的人才能看到吧。