第六十五章 量子论

姜北问出这个问题后心中很是忐忑，因为向牛教授这么一个治学严谨的人问出这么玄乎的问题实在有些可笑。

        牛教授笑笑，停顿了片刻，仿佛神思脱离了肉体在宇宙中遨游，然后缓缓的说：“怀疑过。”

        姜北大感意外，马上来了兴致，他不自觉地坐直身子，问：“牛老师，您也怀疑过？”

        “是的，”牛教授说：“你知道，我大学时学的专业是数学，读研究生学的是物理，到了读博士才改学的计算机。我就是在读研的时候有了你说的这个疑问，这也是我为什么放弃了理论科学转向应用科学的原因。”

        姜北听了一阵兴奋，两眼放光的问：“牛老师，能跟我说说吗？”

        牛教授笑道：“当然可以，姜北，你还记得托马斯·杨发表的一个非常著名的实验：光的双缝干涉吗？”

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        “记得，”姜北说：“他把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，形成一个点光源，然后在这张纸后面再放一张纸，纸上开两道平行的狭缝，后面再放一个投影屏。结果发现，小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，形成了一系列明暗交替的条纹。”

        牛教授赞许道：“不错，这就是波的干涉条纹，干涉是波的特性。看来那些年在学校学的东西你还没有全都扔掉。”

        姜北听到牛教授夸自己，简直受宠若惊，他嘿嘿傻笑两声，挠了挠头。

        牛教授继续说：“那一年，我在读研学到量子论的时候，在实验室里重复了一个前人的重要实验，就是用电子代替点光源来做波的干涉实验，结果令我非常吃惊，当时的实验结果，在屏幕上竟然同样出现了干涉条纹。姜北，你明白这意味着什么吗？”

        姜北想了想，说：“干涉是波的特性，电子是原子的内部结构，它显然是一种粒子，粒子之间怎么可能相互干涉呢？难道电子其实不是粒子，而是一种波？这也……这也说不通啊。”

        牛教授一拍手，赞道：“说的好，句句都问到关键处！但是问题还不止这些，更有意思的事情还在后头。后来我稍微修改了一下实验，试着控制电子的数量，每次只发射出一个电子，你猜结果会怎么样？”

        “按照正常来说，两列波之间才会出现干涉现象，如果只有一列波，干涉就不可能发生，实验结果应该会在背后的感光屏上激发出一个小亮点。”姜北说。

        “不错，理论上确实应该是这样。但令我惊讶的是，当我把电子一个一个通过双缝打在感光屏上时，随着亮点慢慢增多，逐渐地又能看出干涉条纹来了。亮点越来越多，条纹就变得越来越清晰。姜北，听到这里你有什么疑问吗？”牛教授说。

        姜北皱眉想了片刻，说：“疑问太多了，根据您说的实验现象，电子到底是一个粒子，还是一种波？假如它是粒子，那为什么在穿过双缝时会像波一样产生干涉现象呢？假如它是一种波，那为什么在碰到屏幕时，它却又会打出一个亮点来，表现出粒子的特征？当它一个一个地通过双缝时，为什么还会存在干涉现象？难道它是自己和自己产生干涉的？或者说后面的电子与前面的电子形成了干涉？这太不可思议了。”

        牛教授笑道：“更不可思议的还在后面，后来在我一个一个发射电子的过程中，只要关闭掉双缝中的任意一条，后面的那些电子马上就能感应到这种变化，打在屏幕上时不会再出现干涉条纹了。甚至在不关闭狭缝的情况下，只要在双缝的后面安装一个探测器，测量电子是从哪条缝出来的，电子就能马上作出反应，干涉条纹立即消失得无影无踪。”

        姜北认真的听着，他聚精会神，生怕跟不上牛教授的思路。

        “这个实验的结果让我很困惑，电子在穿过狭缝前的一刹那，是如何马上就知道另一条狭缝被关闭了的呢？相对于电子的大小而言，另一条狭缝与它的距离可不是一般的遥远，电子为什么在瞬间就能作出反应？除非它收到了某种瞬时传播来的信号，但这种信号是谁发送给它的？为什么有探测器看着它时，电子马上就改变了行为方式？”牛教授说。

        “那……这些疑问现在有定论吗？”姜北问。

        牛教授摇头：“到了现在，我们手上有了一大堆的解释版本，却没有哪一种能够统一大家的意见，每一种版本都是那么的不可思议，听起来不像是科学，而像是天方夜谭。”

        “那牛老师您更倾向于哪一种解释版本？”

        “我嘛，”牛教授沉吟片刻，说：“如果非要说一种的话，我更倾向于哥本哈根的解释，不是因为我对它的理论多信服，而且因为其他版本的解释更离谱。”

        “哥本哈根的解释？牛老师，我的专业不是学物理的，没听过这个解释，您能给我讲讲吗？”姜北说。

        “当然，”牛教授说：“哥本哈根解释的内容主要包括3个部分，分别是海森堡的‘不确定性原理’、波恩的‘概率解释’和玻尔的‘互补原理’。前面两种理论实在是太夸张了，它们认为世界是不确定的，充满了偶然性和随机性。但互补原理还要更可怕得多，因为它居然认为世界是由意识决定的。”

        “世界是由意识决定的？”姜北听了一愣，科学界的主流不是一直都宣扬唯物的吗？

        “互补原理是这样解释的，”牛教授说：“实际上电子既可以说是一种粒子，也可以说是一种波，这叫做‘波—粒二重性’。但在每一个特定的时刻，电子不可能同时既是粒子又是波，而只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波，这取决于是否有人在观察它。当没人观察它时，它就是波，以波函数的形式处在一种叠加的状态之中，弥漫于整个空间；而一旦有人观察它时，波函数突然从空间中收缩，集中在一个点上，于是它就变成了粒子。波函数这种奇迹般的变化被称为‘坍缩’。”

        牛教授喝了一口水，继续说：“按照这一理论，前面的实验结果就可以解释了，在前面的实验中电子最初是一种波，它以某种方式同时穿过了两条狭缝，自己与自己发生了干涉。在撞上感光屏的那一瞬间，这时候就相当于有人观测它了，所以它变成了粒子，按照ψ的概率随机打在屏幕的某个位置上。假如在双缝后面装上探测器，那么同样的道理，被观测的电子马上变成了粒子，粒子不会产生干涉现象，所以干涉条纹消失了。”

        姜北瞪着一双大眼，努力消化着牛教授说的话。

        “姜北，讲到这里，你意识到这个理论的奇特之处了吗？”牛教授问。

        姜北摇了摇头，他突然想到以前上学的时候，牛教授的课自己竟然没挂过科，这真是一个奇迹！


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