一篇文章带你了解量子力学的奇妙之处

量子力学是一门颠覆人们经典物理思维的科学，迄今为止我们也只是刚刚叩开了量子力学的大门，虽然关于量子力学的现实应用已经出现在我们生活的方方面面，但是关于它产生的一些匪夷所思的现象，我们暂时能做的只是认识它并且接受它，毕竟这些现象背后的原理我们一无所知。

接下来我们一起用实验来探究一下量子力学，并争取用一篇文章的篇幅让大家感受到量子力学的奇妙之处。对于量子力学来说首当其冲的就是单粒子双缝实验，这个实验可以说是让人们第一次感受到了传统物理学被颠覆的体验，也是科学史上最颠覆人们常识的实验结果之一，它是对符合物理直觉的宏观世界截然不同的量子世界的一种完美解释。

根据双缝实验的结果来看，现实的本质可能完全不是物质的，就算是物质的也和我们所熟知的世界大相径庭，我们来仔细谈一下这个实验，当人在一片平静的水面上放两个空心球体并使其上下运动时，水波会向四周扩散，在一段距离之外我们设置一个障碍物，这个障碍物的中间有两条缝隙，绝大部分水波都会被障碍物阻挡在外面，只有两个缝隙处有水波可以穿过，但穿过的水波形成了新的波纹，这两个波纹在并行状态下各自产生的波峰和波谷都会相互干涉、相互作用。

这时候他们就会形成一种特有的典型图形，我们称其为干涉条纹。这里需要说明一下，任何具有波性质的物质都能够产生相似的干涉条纹，例如水波、声波甚至是光波。而光的双缝干涉最早被发现的时间则是1801年，英国物理学家托马斯杨发现一束光经过两条狭窄缝隙的时候产生了几条亮暗程度不同的条纹，很明显和水波双缝干涉实验得到的图形非常类似。

现在的我们自然是都知道光是一种电磁波，拥有波粒二象性，出现双缝衍射结果也是合情合理的，而同样我们也知道光是不可分割的一束能量，每个光子都是电磁场的一小段波长，同时也是不可被分割的最小单位，如果我们将光分成不能再分割的光子，继续进行双缝实验呢？当同时发射多个光子的时候，每个光子都只能穿过两条缝隙中的一条，但因为光子依然还是波，所以穿过缝隙的时候依然会产生干涉条纹。

实验到这里似乎一切还在按照牛顿的想法走，但我们将光子的数量改成了每次只发射一个光子，这样按理来说就不会有干涉条纹了，但科学家们发现即使是这样，在多个光子发射完毕之后还是出现了干涉条纹。这和我们之前的两个或以上具有波性质的物体同时穿过缝隙才会出现干涉条纹的判断完全不同。

我们分析一下，当发射第一个光子穿过其中一条缝隙之后，它就会落在一个能够观测落点的屏幕上，接下来发射的光子也都是一样的，诸多光子在屏幕上留下落点，逐渐又在屏幕上形成了干涉条纹，而不仅是光子，即使发射单个电子、原子、分子也会出现同样的效果，甚至巴克球都会产生，所以我们不得不承认这些组成世界的微小物质会以一种波的形式穿过缝隙，并和自身产生干涉作用。

这听起来就像是在发射光子的时候光子处在一张有着波动的网上，光子随着波动而受到影响，并随机产生一个落点。与其说他们对其他电子产生干涉，还不如说他们根本没有产生相互干涉，只不过是因为这张看不见、摸不到的特定规律波动的网使得他们出现了干涉，而这张网就是量子力学的核心内容，也就是波函数。

刚才我们也说“特定规律波动”，波函数的确有着特定的规律，我们能够通过波函数在一枚光子发射出去的那一刻就提前预判到它的作用范围，但这枚光子在行进过程中也就是波函数作用过程中的这段时间我们还不了解，对于我们来说就像是随机状态，也就是说我们对于特定规律的规律还暂时不太了解。

那大家估计会想，直接观测光子不就好了？但是当我们开始全程观测光子的时候，这枚光子就失去了波的特性，实验记录中光子落点也和之前不同了，只剩下两条缝隙大小一致的光直射图形，也就是说被完全观测的光子展现出了另外一种特性：粒子特性。到这里我们就能总结出波粒二象性。

说到这里大家应该开始对量子力学充满了兴趣，因为本文篇幅的确不太充足，所以笔者还会继续写关于量子力学的文章，如果喜欢的话可以点击关注。