双缝干涉实验是怎样的,它为何被说可怕?我们周围存在的世界可能是个虚拟的世界。为什么人们对的双缝干涉实验感到畏惧呢,双缝干涉实验蕴...
双缝干涉实验是怎样的,它为何被说可怕?
我们周围存在的世界可能是个虚拟的世界。
为什么人们对的“双缝干涉实验”感到畏惧呢,“双缝干涉实验”蕴藏了什么?令人不寒而栗?难道电子双缝干涉实验有着恐怖的一面?实际上,双缝干涉实验令人感到恐怖是因为颠覆了人类对客观世界长时间的认知,就是当人类认识并改造改造世界的过程中,意识在客观对象的呈现形式是起着决定性作用的,这个结论很雷人。
在认识论与方法论中,人们强调主体与客体的分离关系,指出客体是独立于主体而创造的,主体无法对客体产生影响,这些原则成为人类的基本原则,后来在牛顿等人的推动下,不断矿大影响,无法撼动。随着人类认识的深入和扩展,人们成功的打开了亚原子的大门,也有个秘密揭示,就是电子双缝干涉实验,1801年,托马斯扬的光干涉实验研究,留下了问题,光的本质是什么,粒子还是波?
科学家展开争论,探讨仅限于经典物理学的范畴,1961年,约恩松突发奇想,利用电子进行了双缝干涉实验,量子领域的潘多拉魔盒就此打开,17世纪,牛顿建立经典力学,他认为光是由微小粒子组成的粒子流,也就是光的粒子说,这一理论也解释了光的折射等现象,导致100多年里,光粒子说成为光正统学说,直到1801年,杨完成了光的双缝干涉实验,证实了光是波,干涉仅是波的特征,光的波动说成功的取代了粒子说。
有趣的是,双缝干涉实验在量子力学中十分复杂,它也引发了诸多问题,科学家们都无法解决。量子力学认为在双缝干涉实验中,光是由光量子构成的,每份的能量大小为E=hv,h是普朗克常数,v是光子频率。
双缝实验到底是什么意思,谁能简单的给我阐述一下?
双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。也是一种“双路径实验”。在这种广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。
1961年,蒂宾根大学的克劳斯·约恩松(Claus Jönsson)创先地用双缝实验来检试电子的物理行为,他发现电子也会发生干涉现象。1974年,皮尔·梅利(Pier Merli) ,在米兰大学的物理实验室里,成功的将电子一粒一粒的发射出来。
在探测屏上,他也明确地观察到干涉现象。2002年9月,约恩松的双缝实验,被《Physics World》杂志的读者,选为最美丽的物理实验。
扩展资料:
在双缝实验里,不论是电子、中子或是任何其它量子尺寸的粒子,粒子抵达探测屏的位置的概率分布具有高度的决定性。量子力学可以精确地预测粒子抵达探测屏任意位置的概率密度,可是,量子力学无法预测,在什么时刻,在探测屏的什么位置,会有一个粒子抵达。
这无可争议的结果,是经过多次重复地实验而得到的。这结果给予了科学家极大的困惑,因为无法预测粒子的抵达位置,这意味着没有任何缘由而发生的粒子的抵达事件。很多物理学者非常不愿意接受的这种事实。
尽管量子力学可以正确地预测实验结果,量子力学不能解释为什么会发生这类现象,为什么粒子似乎可以同时通过两条狭缝?阿尔伯特·爱因斯坦认为,从这里可以推论量子力学并不完备,一个完备的理论必须对这些难题给出满意解释。
尼尔斯·玻尔反驳,这正好显示出量子力学的优点,量子力学不会用不恰当的经典概念来解释这种量子现象,如果必要,量子力学可以寻找与应用新的概念来解释这些难题。
参考资料:百度百科-双缝实验
在量子力学里,双缝实验(double-slit experiment)是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。
在这种更广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。
另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。
简单解释:
每个光子必须决定要穿过的是哪一条缝隙,而光子本身无法分成两半后再拼接起来,这么说来只要有两个以上的光子,理论上出现干涉条纹就应该不是问题了。
例如,将两个光子分别射入挡板的两条缝隙,理论上它们就会在缝隙后进行干涉,最后形成干涉条纹。
而每个光子都在前面屏幕上的特定位置都能被检测到,它们的能量都传递在一个点上,所以都能表现出特定位置的粒子性。
在实验每次只发射一个光子时,不断发射多次后,前面的干涉条纹依然会出现。
原因:
实验中,我们知道的是,不断发射的光子都不会知道它们前后的光子落点会在哪里。但是好像每个光子都知道它们落点最可能会在哪个区域,或者更像是它们都知道穿过两条缝隙会产生干涉条纹,所以它们才根据这个选择屏幕上的落点。
不断发射单个电子,同样也能在屏幕上产生干涉条纹。甚至后来用到了整个分子,同样能观察到干涉条纹。还有其它的大分子,结果显示它们都能在特定条件下观察到双缝干涉条纹产生。
到这里,物理学家们不得不承认,不管是光子,电子,还是分子等,它们好似都是以某种波穿过了两个缝隙,然后它们又和自己干涉形成干涉条纹。
只不过在单粒子双缝实验中,图形的峰值显示了粒子更有可能出现的区域,它们看起来像一个可能的不确定自己位置的波。但是又由于某种原因,它们在某些地方又选择了一个确定的位置,所以就产生了干涉条纹。
扩展资料
对实验的诠释:
哥本哈根诠释
哥本哈根诠释为许多先驱量子力学学者的共识。哥本哈根诠释明确地阐明,数学公式和精确实验给出很多关于原子尺寸的知识,任何大胆假设都不应该超越这些知识范围。
概率波是一种能够预测某些实验结果的数学构造。它的数学形式类似物理波动的描述。概率波的概率幅,取其绝对值平方,则可得到可观测的微观物理现象发生的概率。
应用概率波的概念于双缝实验,物理学家可以计算出微观物体抵达探测屏任意位置的概率。
除了光子的发射时间与抵达探测屏时间以外,在这两个时间之间任何其它时间,光子的位置都无法被确定;为了要确定光子的位置,必须以某种方式探测它。
可是,一旦探测到光子的位置,光子的量子态也会被改变,干涉图样也因此会被影响;所以,在发射时间与抵达探测屏时间之间,光子的位置完全不能被确定。
一个光子,从被太阳发射出来的时间,到抵达观察者的视网膜,引起视网膜的反应的时间,在这两个时间之间,观察者完全不知道,发生了什么关于光子的事。
或许这论点并不会很令人惊讶;可是,从双缝实验可以推论出一个很值得注意的结果;假若,用探测器来探测光子会经过两条狭缝中的那一条狭缝,则原本的干涉图样会消失不见。
假若又将这探测器所测得路径信息摧毁,则干涉图样又会重现于探测屏,这引人思维的现象将双缝实验的程序与结果奥妙地连结在一起。
参考资料:百度百科——双缝实验
在量子力学里,双缝实验(double-slit experiment)是一个测试量子物体像光或电子等等的波动性质与粒子性质的实验。双缝实验所需的基本仪器设置很简单。拿光的双缝实验来说,照射相干光束于一块内部刻出两条狭缝的不透明挡板。在挡板的后面,摆设了照相底片或某种侦测屏,用来纪录通过狭缝的光波的数据。从这些数据,可以了解光束的物理性质。光束的波动性质使得通过两条狭缝的光束互相干涉,造成了显示于侦测屏的明亮条纹和黑暗条纹,这就是双缝实验著名的干涉图案。可是,实验者又发觉,光束总是以一颗颗粒子的形式抵达侦测屏。 [1]
双缝实验也可以用来检试像电子一类粒子的物理行为,虽然使用的仪器不同,都会得到类似的结果,显示出波粒二象性。
双缝干涉实验是什么?为什么说双缝干涉延迟实验的结果让人恐惧?
简而言之,这个实验的恐怖之处不是光子是有意识的,而是在量子场中,现有的非黑白物理学将崩溃,这将是新的物理学。想象一下,我们的观察将导致微观世界的变化。恐怖并不可怕,或许我们观察到的微观世界是崩溃后形成的公式。谁知道什么电子在原子核周围运动,你以为你在中学就学会了做圆周运动?也许不是。量子崩塌之前存在的是概率。
你觉得这很糟糕吗。许多人说双缝干涉实验很糟糕。事实上,双缝干涉实验并不可怕!只有那些无法解释的人才会头疼。参考阅读:为什么双缝干涉实验很可怕?恐怖在哪里?1801年,英国医生托马斯·杨的双缝干涉实验。在双缝干涉实验中,在光源前面放置一个带有两条缝的不透明挡板,在挡板后面放置一个可观察的背景。
当我们打开光源时,我们会在背景上看到明亮和黑暗的条纹。这是一个简单的双缝干涉实验。这个实验证明光是波!因为只有波特干涉发生在光线穿过两个缝隙之后,所以对向波被抵消,对向波被增强,从而在背景上形成亮条纹和暗条纹。(日常生活中的主动降噪耳机利用这一原理来抵消声波相反的噪声)光的双缝实验是量子力学中的一个重要实验,它是研究光是粒子还是波的一个重要实验。
结果是,如果人们不观察,光将显示出波动特征,如果他们观察,光子将显示出粒子特征。这是因为当所有的观察设备(人眼或显微镜)观察实验时,它们自身发出的光子会影响实验结果。人眼发射的光子和显微镜发射的光子之间的纠缠也可能会影响双缝干涉实验的结果,这会让人对实验感到恐惧。1979年,为了纪念爱因斯坦诞辰100周年,在普林斯顿举行了一次研讨会,惠勒在会上提出;“延迟实验”;通过一个戏剧性的思维实验,惠勒指出他进一步思考了电子的双缝干涉,并指出我们可以;延迟“;电子决定使其在实际通过双缝屏幕后选择是通过一个缝还是两个缝。
不要被那么多网络谣言所吸引,说什么双缝干涉实验很可怕,是个灵异事件,其实根本没有那么吓人的,它只是一种不确定的状态。一种不能确定光子他最终形成的是以力的状态形成的,还是以波的状态形成的一种矛盾的东西罢了,所以后来爱因斯坦提出了光的波粒二象性结论。
双缝试验成型之前有两个流派,一个叫粒子流派,一个叫波流派,那么两者到底有什么差异呢?就是第1个流派,他认为光子是以粒子的形式存在的,第2个流派,他认为光子它是以波的形式存在的。那么粒子和波到底有什么区别呢?粒子就是一个又一个独立的个体,而波就是它本身会易散,不单纯是一个粒子的问题,它有点像水面上所形成的那个波纹,斑马纹的那种状态。所以人们有这个想法,使用双缝干涉实验这样的方法来去推测它到底是什么样的状态。
这个实验非常简单,找一块有两个缝隙的纸板,对面有一块屏幕,然后用可以发射光子的机枪去发射一个又一个的光子,把它发射出去之后,如果说光子本身是以粒子的状态形成的存在的,那么他穿过这两个缝隙之后,到对面的这个墙上面应该就是一个又一个的条纹。就是他对周边不会产生影响,能穿过这两个缝隙,所对应的那个屏幕上面会出现两道竖纹,这就证明它是以粒子的状态存在的。如果它是以波的形式存在的,那穿过这两个缝隙之后,到他对面的屏幕上面,在光子的数量多到一定程度的时候就会形成复杂斑马纹。
这个事情最后比较矛盾的就是在没有摄像机的捕捉之下,实验得到的结果,孔子它是以粒子的形式存在的,但是在摄像头的捕捉之下,最终变成了斑马纹,它是以波的形式存在的,那最终他到底是粒子还是波呢?这个搞不清楚了吧,所以后来爱因斯坦有了光的波粒二象性结论。就是它既具备粒子的特性又具备波的特性,所以爱因斯坦凭借最可能获得诺贝尔物理学奖。
一个电子同时通过左缝和右缝!这并不是说电子会分裂成两个,一半穿过左缝,一半穿过右缝。哥本哈根学派创造了一个前所未有的概念,称为叠加态。一个或一组基本粒子可以处于某种叠加状态,各种不同的状态可以相互叠加。一个电子可以处于不同的位置,同时具有不同的速度和自旋方向。正是因为电子在量子世界中具有如此神奇的能力,电子才能在双缝实验中干扰自己。
当然,这个概念会遭到许多物理学家的反对。他们继续在实验室里研究电子通过哪个狭缝,但非常奇怪的是,当他们在狭缝上安装探测装置时,一旦他们清楚地确定了电子通过哪个狭缝,干涉条纹就会消失。哥本哈根学派继续解释说,电子以不同的概率同时处于所有可能的位置。从数学上讲,波函数可以用来描述电子出现在每个位置的概率。
薛定谔方程是一个描述波函数如何随时间演化的方程。这种演变是连续的、平滑的,不需要测量。然而,一旦电子被精确测量,就会得到清晰的结果。在测量时刻,描述各种状态的波函数坍缩为叠加态之一,从而中断了波函数的平滑演化过程。也许很多人仍然不明白哥本哈根学派在说什么,没关系,让我们总结一下,你只需要知道几个结论性的概念。
为了解释这种奇怪的电子现象,哥本哈根学派创造了一个称为“叠加态”的概念,这完全超出了我们的日常生活经验,没有人能真正理解它。这就像让一个天生的盲人明白什么是颜色。他不能真正理解,但盲人不能否认颜色的存在。当人们继续问测量如何导致波函数突然崩溃,以及电子如何突然从叠加态转变为确定性态时,哥本哈根学派回答说,这些问题毫无意义
量子力学中最神奇的实验,双缝实验为什么让科学家感到不安?
在物理学界,牛顿绝对是当之无愧的开山鼻祖,其提出的三大定律更是成为了后世物理研究的重要基础,同样,牛顿在光学领域的研究和发展也有着比较突出的贡献,在其提出了光粒子理论后的很长一段时间都得到了大家的认可。
不过,再后来,由于一位科学家的一项神奇的实验,却让这个物理学界对光产生了颠覆性的认识,而从实验的过程到结论都令所有的科学家们感到莫名的不安!
在描述双缝干涉之前,我们先来简单地了解一下什么是经典物理学。
在大约300年之前,牛顿通过从天而降的苹果发现了震惊世界的万有引力,并在后续的研究和学习过程中成功推导出了牛顿三大定律,并以此奠定了经典物理学的整体基。
在牛顿相关理论的描述过程中我们得知, 我们所处的宏观世界是一个低速运动的世界, 在这个世界中所发生的所有的现象都是具有确定性的,是可以通过因果关系推导出来的。
在经典物理学的世界里,整个宇宙中都存在着一种绝对的客观规律,只要能发现这一规律就代表着可以了解到宇宙中的一切, 而这一理论也被后世的科学家们成为决定论。
而事实上,在近代以前,绝大多数科学家都坚信决定论在物理学界的地位,即便是量子力学的不断发展,也没有中断人们对于决定论的信念。
其中就包括爱因斯坦以及薛定谔等人, 他们对于决定论的坚信让他们在最终时刻仍然站到了自己所研究的量子力学的对立面上去。
双缝干涉实验是近代以来至关重要的一项实验,从经典力学的角度来看,这项实验可能只是简单地证明了一下光的波动性理论,并没有太大的用处,但是对于量子力学领域却有着非比寻常的里程碑式的意义。
其实,单从实验过程来看,这项实验还是非常简单的, 就是把一束细微的单色光从宽度极小的狭缝内穿过,紧接着让成功通过单缝的光再次进入双缝当中, 最后把所有能通过的光都放在大屏幕上,展现出一系列条纹形式的图案。
虽然听上去简单,但其中的理论还是有很多难点的。
就比如,从光的粒子性角度出发,当单个光粒子穿过两层缝隙的时候,就已经把粒子一分为二了让分成两半的粒子再次穿过缝隙,最终投影到屏幕上的却是再次合为一体的单独粒子。
这样的推论让不少科学家难以接受,并对这项实验进行了反复的实验验证,但是最好的结果却仍然是托马斯杨得到的结果。
虽然人们对于双缝干涉实验的疑问始终存在,但是这么多有权威性的科学家一起验证,也能证明该项实验的准确性、真实性以及科学性。
在牛顿建立了经典力学理论之后,他根据微小粒子的聚集性推测出了光的粒子学理论,而这一理论的诞生很好地解释了现实生活中光的折射、反射的现象,以至于后面很长一段时间科学家都认为这才是光的正统学说理论。
直到18时间托马斯杨做的双缝干涉实验,证明了光的波动性,这才撼动了光粒子性在物理学界的地位,逐渐替代了粒子学说成为了新一代的正统理论。
而在此后的一百年间,科学家们也从来没有停止过对光的研究,但是他们发现如果单用光的波动性理论是无法解释一些奇怪的现象的,随后在量子力学理论的推动下,波粒二象性诞生了, 也就是说,光不仅仅是粒子性或者波动性,而是两者合二为一。
在双缝干涉实验刚刚诞生的时候,吸引了大量科学家的争相验证,但无论是从实验本身还是从结果来看,都让科学家们感到前所未有的不安。
其中,就有一位外国的科学家在进行实验的过程中 细心地用摄像仪对粒子的运动过程进行详细的记 录,结果却令他毛骨悚然。
当摄像机记录粒子的时候,这些粒子就好像已经知道有人在记录它们一样,直接停止了所有的运动 ,画面上的条纹图案也在这一瞬间消失,当摄像机停下后,这些粒子就又重新开始运动了。
而这一结果也让梅里一度不再相信摄像机的观测结果,并对外宣称, 这些光粒子并不是自己运动的而是在人类意识的驱使下做出各种行为。
这对于长时间研究光学理论的科学家来说是非常荒唐的,但是在越来越多的科学家们重复了梅里的实验过程后,结果却惊人地一致,粒子竟然真的凭空消失了!
难道真的像有些人说的那样,科学的尽头是神学吗? 难道我们人类所生活的世界都是造物主所创造的?
不过,就算是浩瀚而广阔的宇宙也只不过是它的万物,在造物主观察的过程中,我们的宇宙可能已经发生了某些时间和空间上的变化,只不过我们人类的文明等级还无法观测到这一错变的过程。
不过,随着 科技 的不断发展,相信终有一天人们能探寻到双缝干涉实验背后隐藏的奥秘,到那时,我们也就能知道现在的猜测是否属实了
物理问题
请问杨氏双缝干涉实验是在真空下做的吗?你把杨氏双缝干涉想成光子和空气粒子作用的结果,确实是很有新意!如果你把这过程看成碰撞,大家都知道动量守恒+能量守恒是完全可以求解碰撞问题的.(虽然宏观上,用牛顿定律可以导出动量与能量守恒定律.)但是动量与能量守恒定律是宇宙中通用的定律,无论宏观还是微观领域.因此我们”宏观”的定律可以按你提出的模型处理这个问题.
但是我问你一个问题:如果在真空中做这个实验,也确实发现了干涉现象.可是真空中没有”空气粒子”啊!可见”空气粒子”不是这个实验的必要条件,不是这个实验的本质.波动性是这个实验的本质.
因为当时的科学家也想到这个问题了。。也作了真空状态下的干涉实验,,但成功了,这就说明不是光子和空气中粒子碰撞结果!!!
不是
问题补充:为什么说牛顿力学定律不适用于微观粒子
牛顿力学是相对性理论的近似,对于一般来说由于热效应而高速运动的微观粒子来说不适用。况且光是一种电磁波,具有波粒二象性,不是粒子。
我觉得衍射就是光子和空气中粒子碰撞结果的,请解释一下,谢谢。 衍射是光波长与障碍物相比拟时 产生的波动现象。光子和空气中粒子碰撞的假设无法说明为什么只有光波长(波长呵呵)与障碍物相比拟时才发生衍射
牛顿力学属于经典力学!并不完全适用于微粒之间的相互作用!
杨氏双缝干涉实验如果从微观的角度来理解应该是无数粒子与屏幕的碰撞,之所以出现条纹,是因为亮纹处出现粒子的几率大于暗纹处!
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