波粒二象性

双缝实验

双缝实验是把量子力学的怪异展露无遗的那一个示范。粒子——光子、电子、乃至整个分子——被射向一道开有两条窄缝的屏障,再记录它们落在后方屏幕上的位置。倘若它们只是简单的小球,你会预期出现两条亮带,每条缝后面一条。实际上出现的却是一道由许多条带组成的条纹图样,正是波同时穿过两条缝并发生干涉的不容错认的标记。

真正惊人的部分出现在让粒子一颗一颗地发射时——慢到任何时刻装置里都只有一颗。每一颗都以一个单独的点抵达,完全像个粒子。然而当成千上万个点累积起来,干涉条纹却照样浮现。一个孤零零的电子,明明没有什么可供它干涉,却以某种方式同时穿过了两条缝,并与自身发生干涉——确切地说,是它的波函数在干涉。

理查德·费曼称这是量子力学的核心,蕴含着唯一的奥秘。一旦你试图弄清每颗粒子究竟走了哪条缝,条纹就消失了,取而代之的是你对一粒粒小球所预期的那两条朴素亮带。这个实验逼出这样一条教训:量子客体作为波探遍所有可走的路径,却作为粒子被发现于某一处,而图样由概率所支配。

1 particle at a time → single dots → interference fringes still build up

一颗一颗地发射,粒子以点状抵达,却集体地形成一幅波的干涉图样。

干涉并不需要许多粒子拥挤在一起;即便单个粒子,随时间累积也会显现干涉。而一旦哪条路径的信息变得可得,条纹就会消失——这不是因为探测器在物理上撞了粒子一下,而是因为确定的路径与干涉图样彼此不可兼得。

又称
two-slit experimentYoung's double slit杨氏双缝