恐怖的双缝干涉实验——20世纪物理学的灵异事件

双缝干涉实验，著名的光学实验。经典的杨氏双缝实验，就是从从两个狭缝射出的波，因为振幅和相位在空间的分布不同，相位相同的区域，振动加强会形成明亮条纹，相位相差π的区域，振幅相减，会呈现暗条纹，因此屏幕上会出现明暗相间的干涉条纹。

双缝干涉实验

那么实验的恐怖之处在哪呢？当实验进行到不可改变的阶段，观测与不观测的结果是不同的，这才是实验的可怕之处，毁三观。下面详细解释一下。这里我们做3个思想实验（注意是思想实验，所以继续使用光子，为了与经典比对，实际操作的话用电子表述更严谨）。

第一个实验：我们用一个光源连续的发射光子，S1和S2狭缝都打开，那么在屏幕上会有什么结果？结论很明显，会得到和杨氏双缝实验一样的结果，屏幕上会形成明暗相间的干涉条纹。

第二个实验：S1和S2狭缝还是同时打开，但光源每次只释放一个光子，屏幕上会有什么结果呢？这时很自然地就会想到每次只有一个光子，那个光子要么从S1狭缝穿过，要么从S2狭缝穿过，同一时刻两个狭缝不可能都有光子，就不可能出现两个狭缝的干涉，屏幕不会出现干涉条纹。结果让人大跌眼镜，虽然每次只有一个光子，但经过时间的积累，屏幕上依然出现了干涉条纹。

叠加形成干涉条纹

那这个光子是在和谁进行干涉的呢，难不成自己和自己进行干涉。没错，就是这么奇妙，我干涉我自己。这就涉及到量子力学中的概念——叠加态。光子处于从S1狭缝和S2狭缝穿过的叠加态中，只要你不测量，你就不能确定光子是从哪个狭缝穿过的。那么多包含多个路径的处于叠加态的光子就会自我干涉，你说恐怖不恐怖。

但更恐怖的还在后边。

第三个实验：光源还是每次只释放一个光子，两个狭缝都打开，但屏幕换成光电探测器，来看一下单个光子到底是通过了哪条狭缝，还是它会分身分别经过了两条狭缝，那么探测器上会出现什么结果呢？俗话说得好，看一眼又不会怎么样。但结果仍然出人意料，干涉条纹竟然消失了，变成了两道简单的光束。头皮发麻啊，我看一眼，你就不是你了！这说明我们的观测行为导致了光子的状态发生了改变。这就涉及到量子力学的第二个概念——测量。测量会引发叠加态的坍塌。包含两个路径的叠加态一定会坍缩成只包含一个路径的单态，那这时这种基于叠加态的干涉就完全地被测量这一行为破坏掉了。

这就是著名的观察者效应。举个简单的例子，足球运动员射球的一瞬间这个球进不进和足球当时所处的位置、运动员发力的大小和位置、风速等等这些物理因素有关，只要经过足够精细的科学分析，我们就能判断出这个球到底能不能进。但是唯独没有关系的就是你当时有没有看这场比赛，你看与不看都不妨碍球是否能进。但是微观世界的实验告诉我们，球进与不进这个结果和你有没有看球有关，恐怖！

这简直令人发狂，不可思议。人类的意识可以改变宇宙的状态，唯心主义差点复活。

总结一个，大家对于这个实验感到“恐怖”是来源于其实验现象的反直观：

1、 光子一个个地从光源出发，也能出现干涉；

2、看一眼，干涉条纹就消失。

真实的解释来自量子力学中两个重要概念，分别是叠加态和测量所导致的坍缩。

科学是戳穿谎言的利器，相信科学，珍爱生命！