波粒二象性
雙縫實驗
雙縫實驗是把量子力學的怪異展露無遺的那一個示範。粒子——光子、電子、乃至整個分子——被射向一道開有兩條窄縫的屏障,再記錄它們落在後方屏幕上的位置。倘若它們只是簡單的小球,你會預期出現兩條亮帶,每條縫後面一條。實際上出現的卻是一道由許多條帶組成的條紋圖樣,正是波同時穿過兩條縫並發生干涉的不容錯認的標記。
真正驚人的部分出現在讓粒子一顆一顆地發射時——慢到任何時刻裝置裡都只有一顆。每一顆都以一個單獨的點抵達,完全像個粒子。然而當成千上萬個點累積起來,干涉條紋卻照樣浮現。一個孤零零的電子,明明沒有什麼可供它干涉,卻以某種方式同時穿過了兩條縫,並與自身發生干涉——確切地說,是它的波函數在干涉。
理查·費曼稱這是量子力學的核心,蘊含著唯一的奧秘。一旦你試圖弄清每顆粒子究竟走了哪條縫,條紋就消失了,取而代之的是你對一粒粒小球所預期的那兩條樸素亮帶。這個實驗逼出這樣一條教訓:量子客體作為波探遍所有可走的路徑,卻作為粒子被發現於某一處,而圖樣由機率所支配。
1 particle at a time → single dots → interference fringes still build up
一顆一顆地發射,粒子以點狀抵達,卻集體地形成一幅波的干涉圖樣。
干涉並不需要許多粒子擁擠在一起;即便單個粒子,隨時間累積也會顯現干涉。而一旦哪條路徑的資訊變得可得,條紋就會消失——這不是因為探測器在物理上撞了粒子一下,而是因為確定的路徑與干涉圖樣彼此不可兼得。
又稱
另見