引言：很多理工科的学生在进入实验室的时候都会接触到双缝干涉实验，看似简单的实验，结果却给人带来了十分意想不到的效果。双缝干涉实验的存在，目的就是为了让人们能够以一个更直接的方式了解微观粒子的波粒二象性，通过将无数个电子穿过两条有缝隙的障碍物，就会看到障碍物落到观测屏幕上的状态，并且在这个过程中就会发现一些基本的现象，那么怎么去理解双缝干涉实验的现象呢？

一、电子的波粒二相性

通过观察双缝干涉实验的观测屏幕，就会发现在屏幕上留下了一浅一深的条纹，而且条纹不管说颜色的深浅是怎么样的，但是都能够显现出排列一致的情况。这也就说明了没有感应装置的时候，不管发射了多少电子，这些电子都会只表现出粒子性。但是当实验人员安装了感应装置之后，就会发现电子的这些干涉条纹消失了。所以说这个双缝干涉实验的观测结果是具有可变化性的，在一种条件之下，人们不管发生了多少电子都无法出现干涉条纹，但是在另一种条件之下干涉条纹又会出现。

二、实验结果带来的不可思议性

就是因为研究人员发现了两种实验情况，所以才会觉得实验结果不可思议。人们也非常的感慨，难道这些微观粒子都是有思想的吗？当观测者出现的时候，就变得只表现出粒子性。当观测者消失的时候，又会表现出波函数。而这些让人感觉到匪夷所思的情景才正是科学的突破点。

三、总结

实际上在大学实验室里面做出的很多实验，都是在物理或者说是化学史上引发巨大轰动或者是有巨大成就的实验。所以在做这些实验的时候，不光光是重复，更多的是引起学生的思考，还是需要认真的对待实验。

因为这种实验会发现在任何的情况下都会有很多条纹路，而且也会出现干涉条纹，是科学解释不了的。

产生了很多让人不敢相信的现象，也通过这样的实验发现了很多未解之谜。

因为这个实验的很多过程是比较奇特的，现在的一些科学知识是无法解释的，所以人们觉得不可思议。

典物理学vs量子力学

如果要评选科学史上匪夷所思的实验，那么这个桂冠大概率属于双缝干涉实验，它就像是物理学家们的梦魇一样，一直困扰着物理学家。那双缝干涉实验到底是一个什么样的实验呢？

要了解这个问题，我们首先需要了解一下什么是经典物理学。话说在300多年前，牛顿提出了万有引力定律和力学三大定律，一举奠定了经典物理学。牛顿的理论描述的是宏观低速世界的规律，描述的现象是具有确定性的，具有因果关系。

在经典物理学的世界观下，宇宙存在着一个绝对客观的规律，只要我们能够找到它，那就可以了解宇宙中的一切，这也被称为 决定论 。

实际上，在近代之前，大多数的科学家都坚信这一点，即便是到了量子力学开始发展，量子力学的许多奠基人依然坚信这一点，其中就包括爱因斯坦，薛定谔等人，以至于他们最终站到了量子力学的对立面中去。

双缝干涉实验

双缝干涉实验在整个量子力学的发展过程中，都是科学家们绕不过的实验。著名的物理学家费曼曾经在他的著作《费曼物理学讲义》中这么评价双缝干涉实验：

双缝干涉实验的实验仪器设置实际上很简单。说白了就是把一束光照射到一块刻有两条狭缝的板上，光束通过狭缝之后，会照射到探测屏幕上。

科学家做了这个实验后发现，探测屏上出现了明暗条纹相间的图样。这个实验最早是用来证明： 光具有波动性 。这是因为这个现象可以利用干涉来解释，明亮的条纹是相长干涉区域，暗淡的条纹则是相消干涉区域。

另类“双缝干涉实验”

看似已经很好地解释了这个实验，但是事情在之后发生了反转。20世纪初，量子力学开始迅猛地发展。而量子力学的发展得益于科学家们在争论： 光到底是粒子，还是波？

这就使得双缝干涉实验被推到了风口浪尖，因为如果科学家要认定光是一种粒子，那如何解释双缝干涉？

那这里的矛盾点其实就是： 单个的“光”到底是呈现什么样的状态？

为了解决这个问题，科学家杰弗里·泰勒爵士设计了一个技巧的双缝干涉实验。他把入射光束的强度大大降低，使得在任意时间间隔内，最多只发射一个光子出来。这个时候，他就发现主要时间足够长，最终还会有干涉图样。这实验告诉我们即便是每次只有单个光子，这个光子也可以同时通过狭缝，也就是说它自己和自己发生了干涉。

不仅如此，后来还有一位叫做克劳斯·约恩松的科学家拿电子来做类似的实验，结果也得到了电子发生干涉的结论。类似的电子干涉实验，科学家皮尔·梅利也做过，他成功的让电子一颗一颗地发射出来，得到了干涉条纹。

量子擦除实验&延迟选择实验

但这还不是最诡异的还是这些实验。而是是基于双缝干涉实验衍生出来的 量子擦除实验 。这个实验的第一步就是重复一遍双缝干涉实验得到干涉图样。第二步就是：观察，看看光子或者电子从哪个缝通过，结果机会发现干涉图样消失了，之所以会消失是因为“路径信息”的存在。第三不就是消除“路径信息”，结果又可以重新得到干涉图样。

这实验直接就颠覆了经典物理学的因果律。也就是说，在量子世界中，因果律很可能是不存在的。同样颠覆因果律的，还有惠勒的思想实验“延迟选择实验”。

哥本哈根学派

基于大量的实验，我们可以发现量子世界的粒子无论是光子、电子，同时具有粒子性和波动性。这可以说让许多科学家都无法接受。因为在经典物理学中，粒子性和波动性是对立的，不可能是同一个物体的属性。这样荒诞的结果使得学术圈出现有两个阵营，一个是以爱因斯坦为首的波动派，另一个是以波尔为首的哥本哈根派。

哥本哈根学派的波尔提出了互补性原理，他认为 光既是一种粒子，也是一种波 。

哥本哈根学派的波恩则提出概率解释，他认为我们只能知道粒子出现在某个位置的概率是多少，但无法确定粒子本身在哪，除非你观测它。

上帝不掷骰子

这种“概率性”的解释，以及“光同时具有波动性和粒子性”的观点是爱因斯坦等人无法接受的，因为这会导出一个观点，宇宙可能并不存在一个确定性的客观规律，这与决定论是相违背的。于是，爱因斯坦在和波尔的一次辩论中说道： 上帝不掷骰子 。

你看，连爱因斯坦的都无法接受的现实，足以见得所以费曼才会说： 没有人真的懂量子力学 。

如果说宇宙不是完美的，它有BUG（漏洞），你信么？双缝干涉实验似乎一步步地发现了这个宇宙“漏洞"

双缝干涉实验是什么？

当我们在水中丢下一块石头，那么水面就会产生波纹，如果同时丢下两块石头，两个水波之间就能够出现交叉的干涉条纹。这就是波能够互相干涉的特征。

双缝干涉实验既在一个光源前放置一个开了两条缝隙的不透明挡板，挡板后面再放置一个能够观测到的背景。当我们打开光源，会看到背景上出现明暗相间的条纹，这就是简单的双缝干涉实验。 这个实验证明了光是一种波！ 因为光在穿过两条缝隙后产生只有波特有的干涉，相反的波被抵消，相向的波被增强，导致背景上明暗相间的条纹。（日常生活中主动降噪耳机就是利用了这个原理，用相反的声波抵消了噪音）

下面我们把实验升级一下，光源变得非常小，背景换成高灵敏高分辨的底片。打开光源后，一开始我们看到了无数随机分布的小点，随后这些小点越来越多最终形成明暗相间的条纹！实验升级后证明光是一种粒子并且还具备波的特征 ， 也就是光的 波粒二象性 ！

双缝干涉延迟实验

虽然双缝干涉实验已经让人赞不绝口，不过科学家们还是在这个实验上再次升级。将光源变成一次发射一粒的电子！电子要通过这块挡板只能随机通过两条缝隙。

我们知道，要干涉就必须有对象，没有对象怎么被干涉？然而这一次实验结果出事了，即便单个电子在随机穿过两条缝隙后依然在最后形成了干涉条纹。

这个结果震惊了科学界！为什么单个电子能够自我干涉？难道他还有一个分身？更诡异的是当我们观察电子是通过哪一条缝隙时，干涉条纹消失了。当取消观察时，干涉条纹又神奇的出现了！冥冥中仿佛有一双眼睛窥视着我们，只能让我们看到电子穿越缝隙的路径（粒子特征）或者电子的干涉条纹（波特征）其中之一！

双缝干涉之延迟选择量子擦除

看到这里，你也许认为上面的实验会有很多未知的漏洞，我们观察电子时已经打扰了电子的正常运动导致电子属性改变，只是我们没有办法找出这个因素。接下来科学家用更加复杂精密的方法来做双缝实验。将一个光子分离成一对纠缠的光子A和B（纠缠的量子能够无视距离影响对方）

AB分别做双缝干涉实验（互不影响的环境），而B距离感应屏比A远，这样 A会比B要先到达感应屏 。当我们在B实验中放置相机观测到B通过双缝的路径时，A实验的干涉图像消失，显然，纠缠的两个光子是互相影响了，B得不到的波属性A也得不到。接下来，我们通过技术手段把B获得的路径信息擦除,然后A和B都出现了干涉条纹。这里就出现了两个个非常诡异的现象。 测量到光子的路径信息只是"泄露”，没有主管观意识去查看，干涉条纹会消失！把这个路径信息擦除掉，干涉条纹又会出现！

更诡异的是，实验中我们设定从B获得路径信息时，A早就已经到达了感应屏形成了图像！这时候擦除B的路径信息，A感应屏已经"拍好照"的图像会鬼魅般地变成干涉条纹！

让人难以理解的“宇宙程序”

很多人一开始认为，观察光子路径就是人类意识干预了实验。不过我们从最后一个实验得知，在延迟选择实验中，测量到的路径信息，你看与不看，宇宙程序它已经认定了你泄露了天机！光子波动属性就被隐藏了！我们得不到干涉图像。如果我们把这个泄露的天机抹除掉，宇宙程序马上修复了光子的波动性，让我们得到了干涉图像。没想到的是，我们人类在实验室上利用量子纠缠钻了个空子，让图像形成之后再得到路径信息。接着我们再去选择是泄露还是擦除，宇宙程序任然按照原来的指令执行了。让已经形成的图像变了回去（曾经不干涉的光子，在曾经又干涉了。这话很绕）？这是不是意味着我们找到了一个宇宙程序的BUG，用现在的决定，改变了过去！还是另有其他原因？我们生存的宇宙，这个看不到边无比真实的世界，难道是一个设定好的“程序”？或者说宇宙这个看似无比完美运行的世界其实还有一些漏洞。如果人类将来利用这些漏洞未来的世界会发展成什么样子？

答：算不上恐怖，但是这个实验很神秘。双缝实验是英国科学家托马斯·杨在1807年提出的，该实验证明了光波动性；到了20世纪初，量子力学的出现，给双缝实验增加了新的解释。

光的 历史

牛顿是光学的鼻祖人物，在17世纪建立经典力学，认为光是由许多微小粒子组成的粒子流，也就是“光的粒子学说”，该理论成功解释了光的折射、反射等等现象，在后来的100多年时间里，粒子学说一直被视为光的正统学说。

直到1807年，英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验，这一实验证明光是波而非粒子，因为干涉是波的特征，从此，光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。

又过了100多年，光的波动学说遇到一些无法解释的现象，比如黑体辐射、光电效应等等，然后普朗克、爱因斯坦等人，再次把光的粒子学说搬上科学舞台。

随着量子力学的发展，科学家提出了光的波粒二象性，大物理学家费恩曼曾说过：“双缝干涉是量子力学的核心实验，其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”

双缝干涉

在经典力学的波动学说中，双缝干涉就是对光的波动解释，并没有神秘的地方；但是在量子力学中，双缝干涉就没那么容易解释了，其中有很多地方，科学家到现在都没有弄清楚。

对于该实验，首先量子力学认为，光是由一份一份的光量子组成，每份的能量大小为E=hυ，其中h为普朗克常数，υ为光子的频率。

一束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝，就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹；该实验的神秘之处在于，如果我们一个一个地发射光子，也能得到干涉条纹，甚至我们把光子换成电子，甚至是分子，也能得到干涉条纹。

如果从粒子的角度看，粒子穿过单缝后，再次穿过双缝时只有两个选择，应该在屏幕上得到两条亮纹；可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹，说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。

换句话说，单个粒子不是通过了一条缝，而是同时通过了两条缝；你没听错，是单个粒子在同一时间，同时通过了双缝，就好似单个粒子一分为二后通过了双缝，然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。

该实验的神秘之处还在于，一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝，比如在双缝处加上探测器，那么干涉条纹会立刻消失，就好像粒子知道你对它进行观测了一般。

实验过程的观察与否，居然会影响到实验结果，这是非常令人费解的；当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到：难道在你不观察时，月亮就不存在！

这个解释让人非常难以接受，但这正是量子力学对双缝实验的诠释，无数顶尖级的物理学家，都试想过你能想到的任何可能，最后都认为这个解释是最合理的。

该实验经过延伸，还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等；比如在薛定谔的猫中，猫死与猫活，对应的就是双缝干涉实验中的两条缝，两个实验本质上是一样的，如果解决了双缝干涉实验，也就解决了那只半死不活的猫。

电子双缝干涉实验，相信大家都听说过。说“这个实验让人感到恐怖”有点过了，只不过是实验过程和结果让人感到不可思议罢了。

虽然只是一个实验，但双缝干涉实验本身能反映出量子世界里的很多基本问题，科学家们对于这个实验的不断研究，也推动着量子力学的发展，比如说衍生出来“薛定谔的猫”思想实验，还有量子纠缠，波函数坍缩，量子世界不确定性等。

而电子双缝干涉实验最初起源于科学家对光本质的研究。事实上科学家对光本质的研究一直没有停止过，贯穿科学发展的整个过程，这里就不再详细介绍了，否则三天三夜也说不完。

长话短说，如今主流科学认为光具有“波粒二象性”，托马斯杨的双缝干涉实验证明了光具有波动性，而爱因斯坦发现的光电效应证明了光具有粒子性，因为光的“波粒二象性”就被确立起来了。

光就有波粒二象性让人比较容易接受，但是接下来当科学家用电子代替光子重新做双缝干涉实验时，过程和结果让人感到匪夷所思。

在人们的固有思维里，电子是实体粒子，就像一个玻璃球那样。这样的话，如果我们用电子代替光子做双缝实验，就不会出现干涉现象，不会有干涉条纹。

但事实上并不是这样，结果远远超出了人们的想象。

简单说一下实验过程，一个电子发射器，一个挡板上面有两条狭缝，挡板后面有接收电子的屏幕。

当科学家朝着挡板连续发射电子时，屏幕上呈现明暗相间的干涉条纹，这说明电子并不仅仅是实体粒子，它也具有波动性，穿过狭缝后发生了干涉现象。

接下来科学家对实验进行升级：一个一个地发射电子。

结果让科学家大为吃惊：屏幕上仍旧呈现明暗相间的条纹（不过需要发射很多电子才能表现得更明显）！

这说明什么？

由于每次只发射一个电子，但仍能出现干涉条纹，这说明电子同时穿过了两条狭缝，然后自己与自己发生了干涉！

这就奇怪了，电子怎么可能同时穿过两条狭缝了？科学家百思不得其解，于是在狭缝旁边安装了探测器，想看看单个电子是如何同时通过两条狭缝的。

但当科学家试图进行观测时，电子“乖乖”地表现出粒子特性，干涉条纹消失，只出现两条条纹。

后来实验又进行了升级：量子擦除和延迟实验，实验略显复杂，这里就不再详述了。

科学家对电子双缝干涉实验研究了长达百年之久，在此过程中出现了各种诠释电子双缝干涉的理论。

其中最为著名的当属以波尔为首的哥本哈根学派与爱因斯坦薛定谔等科学家为首的两大学派的较量。

简单来说，哥本哈根学派认为，量子世界一切都是不确定的，都是随机的，只能用概率去描述，也就是说为的“波函数”，当人们试图观测时，“波函数”就坍缩为“本征态”（确定态）了。

也就是说，不确定性是量子世界的固有属性，与我们的观测与否无关。由于这种不确定性的存在，所以电子能够出现在任何地方，甚至能同时出现在两个不同的地方，电子双缝干涉实验就能解释通了。

而爱因斯坦和薛定谔完全不赞同波尔等各奔哈哥学派的观点，他们认为世界是可描述的，可认知的，之所以会出现量子世纪的诡异现象，是因为人们还没有发现某些内在运行规律，量子世界肯定还存在着某种“隐变量”，只要我们能够找到这些“隐变量”，就能解释量子世界的诡异现象。

薛定谔甚至提出“薛定谔的猫”这种思想实验来嘲讽不确定性。

在两大学派的较量中，最终还是依靠“贝尔不等式”做出“终极裁决”，不再详述“贝尔不等式”，简单说结论，贝尔不等式表明：爱因斯坦所谓的“局域隐变量”是不存在的，也就是说波尔的不确定性是正确的，哥本哈根学派笑到了最后！

你观察一只飞行中的蚊子时，尽管它不停的飞来飞去，让你眼花缭乱，但实际上它在每一个时间点里只会出现在一个位置，这就是粒子性。
波动性的现象也简单，你往平静的水平扔一颗小石头，当它落入水中的时候所产生的涟漪就是波动性。
而当你连扔两个小石头的时候，当它们产生的波纹互相接近时，就会产生波的干涉现象。
在我们的常识中，我们观测到的现象，要么表现出粒子性，要么表现出波动性。而在微观世界里，我们的常识就不是那么好用了。
因为那些微小的粒子，它们具有“波粒二象性”，简单的讲，就是它们的行动方式既可以是波动性质，也可以是粒子性质。
“双缝干涉实验”就是为了演示微观粒子的波粒二象性而做的实验。
其具体方式为：连续发射单个的电子穿过有着两条缝隙的障碍物，最后这些电子会落在用于观测的屏幕上，以便于观察，在重复了很多次的这个过程之后，其实验结果如下图所示。
我们可以看出，这个实验结果显示出了干涉现象，也就是说电子在运动过程中表现出了波的性质，它能够以波的形式同时穿过两条缝隙，并且“与自己产生干涉现象”。看到这里，你肯定会认为这并没什么“恐怖”的，别急，我们接着讲。
虽然我们无法直接看见电子，但是可以通过感应装置来观察它。为了搞明白电子在这个过程中的运动轨迹，研究人员在两个缝隙上都安装了能够观察电子的感应装置。这样我们就可以知道，电子到底是通过了哪一个缝隙。
然后诡异的事情就发生了，当研究人员安装了感应装置之后，再次进行双缝实验时，他们惊奇的发现，电子的干涉条纹消失了，不管发射了多少个电子，它们都只表现出粒子性。
而当研究人员移除了感应装置，电子的干涉条纹马上就又出现了
！
这个实验的结果让科学家非常困惑，为了保证电子的运行轨迹不被干扰，研究人员使用了摄像机来对电子进行观测，但其结果还是和以前一模一样。
“好吧，既然这样，那么我在确定你通过了缝隙之后，再来拍摄你总可以了吧？”研究人员这样想到，于是就有了“延迟双缝干涉实验”。
其过程是这样的，当研究人员通过高科技手段确定电子处于“已经穿过了缝隙，但是还没落在挡板上”的时候，马上用摄像机来观测电子。
然而令研究人员目瞪口呆的是，这个实验的结果依然和之前的实验结果相同！
研究人员并不甘心，他们又做了更高级的“量子擦除试验”，这次他们的实验对象是光子。
这个实验利用了光子的偏振性以及量子纠缠原理，他们在两个缝隙上安装了不同的介质。
当光子通过某个缝隙的时候，由于介质的存在，它的偏振性就会发生改变。
如果这个光子是与另一个光子处于量子纠缠态的话，那么另一个光子的状态也会发生相应的改变。
简单的讲，有一对处于量子纠缠态光子A和B，一个研究人员将光子B用来实验，另一个研究人员却“偷偷的”通过光子A来观测光子B的状态。
由于量子纠缠的超距作用，研究人员就可以神不知、鬼不觉的观测用于实验的光子。
看到在这里，我们不得不佩服相关研究人员的脑洞，居然能想出这样的方法。然而事实上，这个实验的结果仍然和以前的相同：当有观测者的时候，根本就不会出现干涉条纹，而没有观测者的时候，干涉条纹又诡异的出现！
关于“双缝干涉实验”还有很多的升级版，这里就不一一描述，但是这些实验的结果都是一样，即微观粒子就像是一个个有思想的、无所不知的精灵。
当没有观测者的时候，它们是一个个波函数，而当它们知道有人在观测它的时候，它们马上就只表现出粒子性，从不例外！
“双缝实验”的结果，使人们或多或少的对这个世界的真实性产生了怀疑，如果我们没有观测的时候，那些除了我们自己可以观测到的人和事以外，其他的很多人和事会不会都是以“波函数”形式存在？
当我们观测到某个人的时候，这个人就变得真实了，他的过去、现在也就被确定了？而当我们不再观测这个人，那么他是不是又回到了“波函数”的形式呢？
这种问题想多了，人会变成“神经病”的，也许这就是“双缝实验”的恐怖之处吧！