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《当那一天降临》第十三章 直视深渊
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“哥,你知道什么叫波粒二象性吗?”

“嘁,这么简单的东西,你哥当然知道啦。”

“哇!那哥哥快来教下我这题怎么做吧,我头都快想破了。”趴在沙发上写作业的少女欢快的摇起双腿。

“嗯?你现在是上初三吧,作业里怎么会有高中物理的内容呢?”

“笨蛋老哥,这是我跟老师要的中考密卷啦,我们老师亲自给的范围哦,题目有些超纲,但是都是些面试重点高中的必备知识点呢!你快教教我嘛!”

“好吧,我先从定义给你讲起......”

......

“哥,你讲的好玄妙啊,什么最小物质粒子叠加态的,既是波又是粒的,还无法被观测?因为观测相当于外部介入会干扰表现状态?”少女痛苦的把整个脑袋都埋到了抱枕下面:“我还是听不懂啊。”

女孩的哥哥挠了挠头,突然拍了下大腿:“有了,你等我一下。”

过一会儿,女孩就看到哥哥从厨房端来了一盆水,还拿了几个方盘子过来。他把两个盘子插在水里,摆在了一条线上,中间只露出一条缝。

“哥哥今天给你做个实验,你看,如果我在这两个盘子的正面划出水波,水波传递到盘子这里的时候是不是就被挡住了?”

“嗯。”

“但是你站到盘子后面,说说你看到了什么。”

“哇,水波没有被挡住。哥,你在前面划出的水波在缝隙这里传递了过来,变成了一道圆弧形的水波继续向前了。”

“很好,我现在在这条线上加一个盘子,它和第二盘子依然保留一条缝的距离,现在就有两条缝了。我继续在盘子前面划出水波,你看看盘子后面的水面发生了什么情况。”

“这次水波传递到盘子这里,然后通过两条缝变成了两道圆弧形的水波了。”

“还有呢?”

“嗯,这两道圆弧形水波交接处又产生了新的水波。”少女觉得变化很有趣:“哥哥哥哥,你快来看,新的小水波又和别的水波交接,诞生了新的小小水波,盘子后面的水面一下子多了好多好多小水波。”

“哈,你现在记住波在通过两条缝隙后的表现了吗?”

“嗯,已经记住了。它们穿过缝隙后变成了好多的小水波,直到撞到盆边上消失。”

“那么,盆边上被水波撞击的地方是不是形成轻重不一的区域分割呢?”

“是的。”

她的哥哥松了口气:“好啦,你明白了这个再听下面的就要简单许多了。”

“你从课本是学到的最小物理粒子是光子对不对,而光子具有波粒二象性。也就是说如果一块挡板上只有一条缝隙,你把一堆粒子射过去,最终会在板后面的显示屏上出现一条缝隙的投射区域,而这个区域的形状必然是缝隙的形状,对不对?”

“嗯,对的。”

“理论上应该是这样,现实里光子的实验结果也是这样的。那你知道,如果挡板上有两条并列的缝呢?投射结果会是怎样?”

“这还用问吗,屏幕上当然是投射出两条缝隙那样形状的图案啦。”少女理所当然的回答道。

“所以,理论上粒子应该投出两条竖状范围,但事实上,光子在屏幕上投射出了十多条竖状范围。而投射出这种图案的本该是似水波一样的物质才对,光子明明是不可被分割的最小粒子,却在单粒子双缝实验的时候表现出波一样的特性,这就是光子的波粒二象性啦。你这会儿能理解了吗?”

少女的眼睛里亮晶晶的,明显有些意犹未尽:“哥,会不会是一大群粒子搅和在了一起就会像水一样,在通过缝隙后生成了波任何互相干涉,造成了这样的结果?”

哥哥没好气的瞪了她一眼:“是你傻还是我傻,我刚刚说的是单粒子双缝实验吧,什么叫单粒子?就是一次只发射一颗粒子,进行好多次的实验后,再去观察投射结果。这样怎么可能会产生粒子之间的互相干涉呢?”

“你别想这些有的没的,就说你这题会不会做了?”

“会了会了,不过人家就是好奇嘛,你说我平时背的物理公式不是一就是二的,什么时候碰到过这种薛定谔的猫病粒子啊,你再跟我讲讲呗。”少女炯炯有神的目光期待的注视着哥哥。

“哟,你还知道薛定谔的猫?课外知识涉猎的还挺广泛嘛。”

“哥哥谬赞了,小女子愧不敢当啦,嘻嘻!”

“那好吧,我就再给你讲点东西拓展一下吧。不过接下来,你听完拓展内容可不要胡思乱想哟。”哥哥慢悠悠的端起茶杯抿了一口。

少女抱紧了怀中的抱枕,朝哥哥坐的地方挪近了些。

“继续给你讲讲刚才的实验,其实光子到底是波态还是粒子态,科学家们也不希望用一句叠加态就带过去。他们紧接着就深化了实验过程,并给新实验取名为延迟选择量子擦除实验。”哥哥又抿了一口茶,关上了客厅的吊灯,只留下一盏月球灯的微弱光芒闪烁在客厅中。

“他们在挡板前设置了一台可观察光子的设备,希望看到光子究竟是以怎样的方式通过两条缝隙的。到底是从左边还是右边通过的呢?还是化成了两个粒子分别通过后又合二为一了呢?”

“结果是设置了观测设备后,屏幕上就不再有十几条明显的竖条形投射区了,取而代之的是一整团杂乱无章的投射区。”

“咦,这是怎么回事呢?”

“科学家们就想,虽然什么也没做,可这个设备是不是真的干扰到了光子在穿越缝隙时的状态呢?他们随即进行了无数次试验,却发现不管把观测摄像机放在挡板前面还是后面,或者是任何其他位置。只要有观测设备可以观测粒子通过缝隙时实际状态的情况,屏幕上都会变成一团模糊。”

“那去掉摄像机呢?”

“去掉摄像机就是先前的结果啊,会在屏幕上投下十几条竖状区域,而不是一团乱麻。”

少女的声音有些颤抖:“我不相信,这肯定是有某种变量没有考虑进去,才会发生这样的结果。”

哥哥坏坏的笑了两声:“对呀,科学家们大多是坚定的无神论者,怎么可能会向造物者低头呢?”

“当另一种物理现象被发现的时候,这个实验立即得到了更新。而新的物理发现就是量子力学领域的突破,科学家们发现孪生粒子具备独特的量子纠缠现象,导致两个粒子之间可以超距、超光速的即时复刻对方的状态。”

“上世纪末,科学家们在挡板后面放置了一块特殊晶体,用来将穿过缝隙的光子分割成两个孪生粒子。他们让一个粒子继续射向屏幕,而另一个粒子则被预先设置好角度的两个粒子感应器捕捉。”

“实验目的是,如果第一个粒子感应器捕捉到了粒子,说明光子是从左边缝隙穿过来的;如果第二个粒子感应器捕捉到了粒子,则说明光子是从右边缝隙穿过来的。”

“满怀期待的科学家们仔细的盯着两个粒子感应器,欣喜的记录下它们的每一次闪烁。却在最后才发现,屏幕上投射出的现象依然是一团乱麻!也就是说,光子化成的孪生粒子好像感应到了有人在注视着它,所以在穿越缝隙的瞬间,它就失去了波态,只以粒子态进行了运动。”

“哥,你是说组成物质的最小粒子光子是具有智慧的生命体吗?”少女有些难以置信。

“哈,你的脑洞还挺大,不过科学家们的脑洞更大。他们心想,那下一次实验就把观察粒子感应器捕捉情况这个过程放到屏幕上已经有结果了之后。”

“什么什么?哥你说清楚点。”少女全神贯注的倾听着哥哥的每一句话。

“意思就是科学家们先取消了粒子感应器,不去观测另一个处于纠缠状态的粒子,结果发现被分割过后的射向屏幕的粒子如往常一样投射出了十几条竖状区域。他们索性把粒子感应器设置在远远的地方,当其中的一个粒子飞过这段路程直到被粒子感应器捕捉的时候,它的另一半早已经到达了屏幕,留下了投射形状。”

“科学家们想,我们让粒子先在屏幕上投射出有规律的竖状区域,然后再去观测它的纠缠粒子。好比先把生米煮成熟饭,再回头去看煮饭的火柴被烧成了什么模样。”

“哦,我懂了,就是先造成既定事实,然后再去观察它的纠缠态粒子对不对?因为前面投射到屏幕上的粒子信息被它的另一半记录了下来,而这个另一半此时还在飞行对吧?”

“宾狗,科学家们要的就是这个结果,他们想要看实验已经发生后,它的纠缠态粒子究竟如何表现。”哥哥端起茶杯,压低了声音:“你猜,结果究竟怎么样?”

少女紧张的吞下了一大口唾液:“光子究竟是粒子,还...还是波?”

“结果就是......就是一团乱麻啦!”哥哥一下子打开了客厅最亮的那盏灯:“萨普莱斯!虽然科学家们在粒子投射到屏幕之前并没有干扰它的纠缠态粒子,可是屏幕上的投射区域还是变成了一团乱麻!”


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