為什麼說「電子雙縫實驗」的結果,令人感到「毛骨悚然」?

2023-09-23   魅力科學君

原標題:為什麼說「電子雙縫實驗」的結果,令人感到「毛骨悚然」?

「電子雙縫實驗」是用來一種研究電子的波動性與粒子性的實驗,簡單來講,該實驗需要三種裝置:一個電子發射裝置、一個帶有兩條狹縫的擋板、一個用來接收電子的螢幕,準備就緒之後,研究者會利用電子發射裝置向擋板上的雙縫發射電子,電子穿過擋板上的狹縫之後,就會打在設置在擋板後方的螢幕之上,然後研究者就可以對電子在探射屏上產生的現象進行觀察。

然而就是這樣一種看起來很簡單的實驗,卻得出了不可思議的結果,甚至有人還認為,「電子雙縫實驗」的結果,令人感到「毛骨悚然」,為什麼這麼說呢?下面我們就來簡單了解一下。

在初步實驗時,研究人員利用電子發射裝置發射的是由大量電子組成的電子束,根據設想,假如電子是以粒子的形式穿過了雙縫,那麼螢幕上就只會顯示對應於狹縫尺寸與形狀的圖樣,而假如電子是以波的形式穿過了雙縫,那螢幕上就會顯示出波的干涉條紋。

實驗結果表明,在大量電子穿過雙縫打在螢幕上之後,螢幕上出現了波的干涉條紋,這其實也很正常,畢竟像電子這樣的微觀粒子都具有「波粒二象性」,也就是說,電子可以同時具有波和粒子的雙重性質,它們以波的形式穿過雙縫,可以說是一種正常現象。

隨著科技的進步,人類對微粒粒子的掌控水平也越來越高,當人們能夠設計出一次發射一個電子的發射裝置之後,研究者對「電子雙縫實驗」進行了升級,即:一次發射一個電子,然後觀察電子到底會以什麼樣的形式來穿過雙縫。

實際結果表明,隨著單個電子的不斷發射,螢幕上仍然會出現波的干涉條紋,而這也就意味著,即使是單個電子,也是以波的形式同時穿過兩條狹縫,並且它們還會自己與自己發生干涉。

這就有點令人覺得奇怪了,為了搞清楚電子到底是怎麼穿過擋板上的雙縫的,研究人員在擋板以上安裝了可以探測電子的裝置,於是不可思議的實驗結果就出現了。

研究人員發現,如果打開探測裝置,那電子就只會從單條狹縫中穿過,螢幕上也只會出現對應於狹縫尺寸與形狀的圖樣,而如果關閉了探測裝置,那波的干涉條紋就會在螢幕上出現。

為了保證實驗的準確度,這樣的「單電子雙縫實驗」曾被大量地重複進行,但實驗結果都是一致的。看上去這些電子就像是無所不知的精靈一樣,可以根據「有沒有被觀測」這一條件,來決定自己到底以哪種形式穿過狹縫,具體表現為,只要有被觀測,那電子就以粒子的形式穿過單條狹縫,而如果沒有被觀測,那電子就以波的形式同時穿過兩條狹縫。

而真正令人感到「毛骨悚然」的,其實是在接下來的時間裡,又有研究者進行了「單電子雙縫延遲實驗」。這種實驗可以簡單地描述為,讓電子在沒有被觀測的情況下穿過雙縫,在確定電子已經穿過了雙縫之後,再打開探測電子的裝置。

可以看到,在「單電子雙縫延遲實驗」中,當電子已經穿過了雙縫之後,它以什麼樣的形式穿過了雙縫就成了確定的過去,所以研究人員認為,在電子穿過了雙縫之後,無論我們打不打開探測裝置,這個「確定的過去」都不會改變。

但令人意想不到的情況卻發生了,因為實驗結果依然是,只要打開了探測裝置,那螢幕上就不會出現干涉條紋,而如果把探測裝置關閉,干涉條紋還是會出現。而這也就意味著,我們「現在」對電子的探測行為,似乎可以影響到電子的「過去」!

正是因為如此,才有人提出猜測稱,「電子雙縫實驗」的結果,暗示了我們生活在一個由程序模擬出的虛擬世界裡,其理由是:在真實的世界中,「過去」發生了什麼事,是早已確定了的,無論我們在「現在」做什麼,都不可能改變「過去」已經發生過的事情,而在虛擬的世界裡,程序只需要一個簡單的條件語句就可以實現這樣的效果。

當然了,這也只是一種猜測,所以大家看看就成,不必當真。總而言之,在微觀世界裡,應該還有很多我們目前還沒有了解到的奧秘。