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欢迎来到量子物理学的奇妙世界!今天我们要探索双缝干涉实验,这是一个揭示了微观粒子神秘特性的经典实验。实验装置很简单:一个光源,一个带有两个平行狭缝的挡板,以及一个探测屏。
按照经典物理学的预期,如果光子是普通的粒子,那么每个粒子只能通过其中一个狭缝。有些粒子通过上面的缝,有些通过下面的缝。经过长时间的累积,我们应该在屏幕上看到两条明亮的条带,分别对应两个狭缝的位置。
然而,真正的量子实验结果却完全出乎意料!即使我们一次只发射一个光子,经过长时间的累积,屏幕上出现的不是两条亮带,而是明暗相间的干涉条纹!这是典型的波的行为特征。这意味着单个光子似乎同时通过了两个狭缝,并与自身发生了干涉。
实验中最令人震惊的发现是观测的影响。当我们在狭缝处放置探测器,试图观测每个粒子究竟通过了哪个缝时,奇迹发生了:干涉条纹立即消失,屏幕上重新出现了经典的两条亮带!这表明观测行为本身改变了粒子的行为,这就是著名的波函数坍缩现象。
双缝干涉实验为我们揭示了量子世界的深刻奥秘。它证明了微观粒子具有波粒二象性,在未被观测时表现为波的叠加态,而观测行为会导致波函数坍缩。这个实验不仅改变了我们对物理世界的认知,更告诉我们在量子世界中,观测者与被观测系统是不可分离的整体。