第589章 量子力学大成！接连提问！实验升级
第589章 量子力学大成！接连提问！实验升级！引入观察者！震撼全场！
会议室内。
所有人的脸上充满了震撼和迷茫。
匪夷所思的单电子双缝干涉实验，就这么活生生展现在面前，颠覆了三观。
而布鲁斯教授的解释更是令他们目瞪口呆。
一时间，大部分人都没有反应过来。
而他们的眼中，此刻布鲁斯教授不再霸天绝地，反而是神秘莫测。
“那个男人简直像是造物主在玩弄世界一般！”
“物理学领域到底还有多少匪夷所思的事情？”
看着众人的表情，李奇维内心也十分感慨。
至此，量子力学的所有经典内容全部出现。
这些内容是普通人只要认真研究，就能理解的部分。
从更高的角度重新审视量子力学，就会有新的感悟。
量子力学的两大核心理论是薛定谔的波动力学和海森堡的矩阵力学。
矩阵力学是完全从经典力学的角度研究量子，描述的是量子客体的粒子性，没有包含任何波的性质。
粒子性就是物质性，表现为有动量等力学量，能产生碰撞、轨迹等物质现象。
电子、质子等微观粒子，能够像真实的物质那样，与其它物质发生碰撞等相互作用。
并且粒子的动量和位置还满足不确定性原理。
波动力学的内涵就比较丰富了。
在今天之前，物理学界一直把波动力学当成描述量子客体的波动性，和矩阵力学矛盾对立。
但其实这种说法是不严谨的。
波动力学的核心就是薛定谔方程。
而薛定谔方程的核心是其中的波函数ψ。
按照现有的理解，波函数ψ描述的量子的【状态】随着时间的变化。
这里的状态包括量子的位置（空间分布）、动量等力学量，很明显，这些都是经典物理中粒子才有的概念。
因此，薛定谔方程其实也默认了量子具有粒子的性质。
只不过粒子的性质不是像经典力学中那样确定的。
比如，用经典力学的思维描述电子，可以说此刻电子在a处，动量是1。
但是在量子力学中，【电子在a处】不是确定的，而是一个概率。（同样，电子的动量是多少，也是一个概率，所以才导致了不确定性原理。）
这个概率的具体数值，等于波函数ψ的绝对值的平方|ψ|，这就是概率解释。
此外，量子状态的概率分布就像波动一样，所以被称为概率波。
最神奇的是，这种虚幻的概率波能像真实的机械波、电磁波那样，发生干涉、衍射等现象。
然而，你可能会提出一个问题：
“既然量子的状态，以电子的位置为例，是不确定的，它具体在空间中的哪个位置是概率性的。”
“那为什么在现实中做各种碰撞实验时，我们可以确定电子的位置呢？”
“比如电子撞击到显示屏时，它就被固定在那个位置了。”
“从不确定到确定的这个过程，到底发生了什么？”
这时，就该互补原理出马了。
根据互补原理，波动性和粒子性都不能单独描述量子客体的全貌。
物质的波粒二象性是一个整体。
如果想知道单个量子的性质，就必须对它进行测量。
但每次测量，只能得到某一个方面的性质。
用波动的手段就会测出波动的性质，用粒子的手段就会测出粒子的性质。
但无论如何，不可能同时测量出量子的波动性和粒子性。
所以，在测量以前，可以认为量子处于波动和粒子的迭加态之中。
而一旦测量，就会使得迭加态变成确定的本征态，这就是波函数坍缩。
有了这些理论后，再来看电子的位置情况。
在没有测量前，电子的位置是一个迭加态。
所以它可以出现在任何的位置。
比如，出现在a处的概率是0.3，b处的概率是0.2，c处的概率是0.1。
一旦对它进行测量，比如用光子去撞击电子，根据反馈后的光子的状态完成测量。
那么此时的电子就会瞬间从位置迭加态，发生波函数坍缩，处于一个确定的位置本征态。
而它出现的具体位置，和概率数值大小没关系，可以在a，也可以在c，甚至还可以在d。
但是！
重点来了！
虽然一个电子坍缩后出现的位置没有规律。
但是当大量电子先后按照同样的条件发生波函数坍缩后，情况就变了。
比如，此刻有10亿个电子，先后发生位置的波函数坍缩。
那么统计它们出现的位置，就会惊人地发现：
出现在a处的电子有3亿个，b处有2亿个，c处有1亿个。
大量电子的位置分布，符合波函数的计算！
而这，就是单电子双缝实验出现干涉条纹的原理。
此刻，在场的诸多大佬还在消化之中。
以他们的智商，李奇维根本不需要讲的太细。
大佬们之所以一时间难以接受，是因为还不熟悉互补原理。
一旦想通之后，这个实验也就没什么神奇之处了。
当前，前提是认可布鲁斯诠释的内容。
如果像爱因斯坦、薛定谔那样，死不承认，就确实没办法理解了。
这时，李奇维看到玻尔、海森堡、泡利三人的脸上竟然露出了笑容。
他笑着问道：
“玻尔，看来你理解了这个实验。”
玻尔笑着说道：
“是的，教授。”
“如果认可互补原理，那么这个实验还是很容易理解的。”
玻尔的话引起一阵惊呼！
要是不懂的人听了，肯定觉得玻尔在吹牛逼。
但是在场的都是物理学的大佬，他们清楚玻尔的天赋。
海森堡更是大肆地吹捧道：
“布鲁斯教授，李氏双缝干涉实验一定会成为物理学史上最美的实验！”
哗！
海森堡的脸皮也变厚了，竟然直接称呼李氏双缝实验。
这马屁拍的都快上天了。
就连李奇维也忍不住露出笑容。
“孺子可教也。”
“他托马斯·杨能命名，我布鲁斯·李难道不行？”
奇怪的是，众人竟然没有半点觉得不妥的地方。
以这个实验的重要程度，以布鲁斯教授如今的地位，李氏双缝实验名副其实。
甚至如果真的有评选活动，至少他们会投这个实验一票。
就在众人相互讨论交流，试图彻底搞懂实验背后的原理时。
安静了好一会儿的爱因斯坦却突然开口了。
“布鲁斯，我有一个问题。”
哗！
众人闻言皆是一惊！
“难道爱因斯坦教授发现了什么？”
不少人立刻进入吃瓜模式。
他们非但没有轻视爱因斯坦教授，反而觉得幸亏今天有对方的参与。
否则，哪里能看到如此精彩的学术论道！
在今天这个场合，哪怕论道失败也是一种荣誉！
因为不是谁都有资格挑战布鲁斯教授！
李奇维微微一笑，说道：
“爱因斯坦，请说。”
爱因斯坦对着众人说道：
“在提问之前，我想先请布鲁斯教授做一个小实验。”
说罢，他又看向李奇维，笑着说道：
“布鲁斯，请你把左边狭缝关闭，只保留右边狭缝打开，再做一次单电子实验。”
“时间不用太久。”
众人不明所以。
“爱因斯坦教授这是什么意思？”
“这个实验有啥好做的？”
然而，李奇维只是轻轻一笑，他大概知道老爱想问什么了。
他照着爱因斯坦的要求，重新启动仪器。
这次没有什么悬念。
当只有一条缝隙打开后，电子不再发生衍射，而是像粒子一样通过狭缝。
所以，显示屏上干涉条纹消失，只留下一道明亮的条纹。
这时，爱因斯坦问道：
“当存在双缝的时候，就出现干涉条纹；当关闭一个狭缝，干涉条纹就消失了，这是为什么？”
“两个狭缝之间的距离虽然很小，只有几十纳米。”
“但对于电子的体积而言，这个距离犹如十万八千里。”
“那么，电子是如何知道另一个狭缝被关闭了，从而不发生自身干涉呢？”
咦？
众人皆是一愣。
这个问题有点意思啊。
开关狭缝是人为的过程，电子又是怎么知道的呢。
难道说它具有意识？
不然的话，它怎么知道什么时候该干涉，什么时候不该干涉呢？
李奇维说道：
“这个问题恰恰证明了互补原理的正确性！”
“因为双缝本身其实就算是一种测量方式，而且是波动的测量方式。”
“所以，此刻的电子就表现出波动的性质，从而能同时经过两个狭缝，并且发生干涉。”
“直到遇到显示屏，坍缩成粒子。”
“我们需要注意一点，哪怕电子坍缩成粒子后，它依然具有波粒二象性，而且能重新回到迭加态。”
“如果此时把显示屏去掉，电子会以这种迭加态的形式继续传播下去。”
“现在，把双缝改成单缝，那么电子就只能通过一个狭缝。”
“而一个狭缝其实可以看成是一种粒子方式的测量手段。”
“此时电子经过狭缝后变成了确定的粒子，从而不再发生干涉，显示屏上就没有了干涉条纹。”
“所以，当我们试图获取电子的路径信息时，就是对电子粒子性的测量。”
“路径信息和干涉条纹是两个互补的量，在同一个实验中，只能看到其中一个。”
“所以，电子并没有意识，而是测量影响了电子的状态！”
“而这正是互补原理的内涵！”
哗！
众人恍然大悟！
有了双缝实验在前，现在就容易理解多了。
爱因斯坦沉默了。
他发现布鲁斯的逻辑简直无懈可击。
一切都是那么完美！
只是这种完美是建立在客观事实不能独立存在，这个匪夷所思的基础之上。
这时，薛定谔忽然问道：
“教授，显示屏为什么可以看成是测量手段呢？”
众人又是一愣。
这也是个好问题。
不能因为你是布鲁斯教授，你说是就是。
李奇维解释道：
“所谓的测量，其实就是指相互作用。”
“我们应该有这样一个共识：在量子力学中，不存在对一个物体进行测量，且不产生任何影响。”
“在宏观世界里，测量汽车的速度，并不会对汽车本身产生实质影响。”
“但是对于电子这样的微观粒子而言，要想测量，就必须用同样大小的光子或另一个电子去撞击。”
“通过分析撞击后的光子的状态，就能知道待测电子的状态。”
“但是撞击这个过程本身，必然会对电子造成影响。”
“而这种影响，就是电子坍缩成粒子。”
众人默默点头，不明觉厉。
接着，德布罗意又问了一个问题：
“教授，我无法想象，波函数坍缩是一个什么样的过程？”
李奇维说道：
“电子的波函数本身不代表任何物理意义。”
“这里的坍缩不是一个过程，更像是一种状态的转变，是瞬时发生，没有时间意义。”
“正如当电子处于波动和粒子的迭加态时，我们无法想象那是一种什么样的状态。”
“你可以把它们想成相对论中光速不变这样的公理，不能进一步阐述。”
这时，李奇维忽然说了一句意味深长的话：
“或许，科学的目的，不是解释自然的本质；而是关于自然，科学能进行什么样的描述。”
哗！
众人震撼无比！
这可不是布鲁斯教授以前的风格。
如果科学不能揭示事物的本质，那要科学有什么用呢？
众人内心感慨：
“看来量子力学的神奇，不仅影响了我们，也影响了布鲁斯教授。”
“他的境界更加虚无缥缈了。”
李奇维没有在这个问题上继续深究。
哪怕到了后世，关于波函数坍缩依然没有任何的解释。
它就是一个无法想象的客观过程。
现在无人继续提问，但是李奇维的演讲却远远没有结束。
接下来，他将继续做一个被后世无数人津津乐道的实验。
绝大多数人对量子力学和双缝实验的误解，都是因为这个实验。
什么“物理学不存在了”、“人的意识能够影响现实”等等。
那就是“观察者效应双缝干涉实验”！
在众人的注视下，李奇维继续说道：
“其实，我在单电子双缝实验的基础上，还准备了一个升级实验。”
“它更能证明互补原理的正确性。”
“那就是引入观察者！”
“如果我在双缝处安装一个电子探测器，看看电子究竟是如何通过双缝的。”
“那么诸位觉得会发生什么情况呢？”
轰！
全场震撼！
所有人都觉得不可思议！
这真的能实现吗？
(本章完)
会议室内。
所有人的脸上充满了震撼和迷茫。
匪夷所思的单电子双缝干涉实验，就这么活生生展现在面前，颠覆了三观。
而布鲁斯教授的解释更是令他们目瞪口呆。
一时间，大部分人都没有反应过来。
而他们的眼中，此刻布鲁斯教授不再霸天绝地，反而是神秘莫测。
“那个男人简直像是造物主在玩弄世界一般！”
“物理学领域到底还有多少匪夷所思的事情？”
看着众人的表情，李奇维内心也十分感慨。
至此，量子力学的所有经典内容全部出现。
这些内容是普通人只要认真研究，就能理解的部分。
从更高的角度重新审视量子力学，就会有新的感悟。
量子力学的两大核心理论是薛定谔的波动力学和海森堡的矩阵力学。
矩阵力学是完全从经典力学的角度研究量子，描述的是量子客体的粒子性，没有包含任何波的性质。
粒子性就是物质性，表现为有动量等力学量，能产生碰撞、轨迹等物质现象。
电子、质子等微观粒子，能够像真实的物质那样，与其它物质发生碰撞等相互作用。
并且粒子的动量和位置还满足不确定性原理。
波动力学的内涵就比较丰富了。
在今天之前，物理学界一直把波动力学当成描述量子客体的波动性，和矩阵力学矛盾对立。
但其实这种说法是不严谨的。
波动力学的核心就是薛定谔方程。
而薛定谔方程的核心是其中的波函数ψ。
按照现有的理解，波函数ψ描述的量子的【状态】随着时间的变化。
这里的状态包括量子的位置（空间分布）、动量等力学量，很明显，这些都是经典物理中粒子才有的概念。
因此，薛定谔方程其实也默认了量子具有粒子的性质。
只不过粒子的性质不是像经典力学中那样确定的。
比如，用经典力学的思维描述电子，可以说此刻电子在a处，动量是1。
但是在量子力学中，【电子在a处】不是确定的，而是一个概率。（同样，电子的动量是多少，也是一个概率，所以才导致了不确定性原理。）
这个概率的具体数值，等于波函数ψ的绝对值的平方|ψ|，这就是概率解释。
此外，量子状态的概率分布就像波动一样，所以被称为概率波。
最神奇的是，这种虚幻的概率波能像真实的机械波、电磁波那样，发生干涉、衍射等现象。
然而，你可能会提出一个问题：
“既然量子的状态，以电子的位置为例，是不确定的，它具体在空间中的哪个位置是概率性的。”
“那为什么在现实中做各种碰撞实验时，我们可以确定电子的位置呢？”
“比如电子撞击到显示屏时，它就被固定在那个位置了。”
“从不确定到确定的这个过程，到底发生了什么？”
这时，就该互补原理出马了。
根据互补原理，波动性和粒子性都不能单独描述量子客体的全貌。
物质的波粒二象性是一个整体。
如果想知道单个量子的性质，就必须对它进行测量。
但每次测量，只能得到某一个方面的性质。
用波动的手段就会测出波动的性质，用粒子的手段就会测出粒子的性质。
但无论如何，不可能同时测量出量子的波动性和粒子性。
所以，在测量以前，可以认为量子处于波动和粒子的迭加态之中。
而一旦测量，就会使得迭加态变成确定的本征态，这就是波函数坍缩。
有了这些理论后，再来看电子的位置情况。
在没有测量前，电子的位置是一个迭加态。
所以它可以出现在任何的位置。
比如，出现在a处的概率是0.3，b处的概率是0.2，c处的概率是0.1。
一旦对它进行测量，比如用光子去撞击电子，根据反馈后的光子的状态完成测量。
那么此时的电子就会瞬间从位置迭加态，发生波函数坍缩，处于一个确定的位置本征态。
而它出现的具体位置，和概率数值大小没关系，可以在a，也可以在c，甚至还可以在d。
但是！
重点来了！
虽然一个电子坍缩后出现的位置没有规律。
但是当大量电子先后按照同样的条件发生波函数坍缩后，情况就变了。
比如，此刻有10亿个电子，先后发生位置的波函数坍缩。
那么统计它们出现的位置，就会惊人地发现：
出现在a处的电子有3亿个，b处有2亿个，c处有1亿个。
大量电子的位置分布，符合波函数的计算！
而这，就是单电子双缝实验出现干涉条纹的原理。
此刻，在场的诸多大佬还在消化之中。
以他们的智商，李奇维根本不需要讲的太细。
大佬们之所以一时间难以接受，是因为还不熟悉互补原理。
一旦想通之后，这个实验也就没什么神奇之处了。
当前，前提是认可布鲁斯诠释的内容。
如果像爱因斯坦、薛定谔那样，死不承认，就确实没办法理解了。
这时，李奇维看到玻尔、海森堡、泡利三人的脸上竟然露出了笑容。
他笑着问道：
“玻尔，看来你理解了这个实验。”
玻尔笑着说道：
“是的，教授。”
“如果认可互补原理，那么这个实验还是很容易理解的。”
玻尔的话引起一阵惊呼！
要是不懂的人听了，肯定觉得玻尔在吹牛逼。
但是在场的都是物理学的大佬，他们清楚玻尔的天赋。
海森堡更是大肆地吹捧道：
“布鲁斯教授，李氏双缝干涉实验一定会成为物理学史上最美的实验！”
哗！
海森堡的脸皮也变厚了，竟然直接称呼李氏双缝实验。
这马屁拍的都快上天了。
就连李奇维也忍不住露出笑容。
“孺子可教也。”
“他托马斯·杨能命名，我布鲁斯·李难道不行？”
奇怪的是，众人竟然没有半点觉得不妥的地方。
以这个实验的重要程度，以布鲁斯教授如今的地位，李氏双缝实验名副其实。
甚至如果真的有评选活动，至少他们会投这个实验一票。
就在众人相互讨论交流，试图彻底搞懂实验背后的原理时。
安静了好一会儿的爱因斯坦却突然开口了。
“布鲁斯，我有一个问题。”
哗！
众人闻言皆是一惊！
“难道爱因斯坦教授发现了什么？”
不少人立刻进入吃瓜模式。
他们非但没有轻视爱因斯坦教授，反而觉得幸亏今天有对方的参与。
否则，哪里能看到如此精彩的学术论道！
在今天这个场合，哪怕论道失败也是一种荣誉！
因为不是谁都有资格挑战布鲁斯教授！
李奇维微微一笑，说道：
“爱因斯坦，请说。”
爱因斯坦对着众人说道：
“在提问之前，我想先请布鲁斯教授做一个小实验。”
说罢，他又看向李奇维，笑着说道：
“布鲁斯，请你把左边狭缝关闭，只保留右边狭缝打开，再做一次单电子实验。”
“时间不用太久。”
众人不明所以。
“爱因斯坦教授这是什么意思？”
“这个实验有啥好做的？”
然而，李奇维只是轻轻一笑，他大概知道老爱想问什么了。
他照着爱因斯坦的要求，重新启动仪器。
这次没有什么悬念。
当只有一条缝隙打开后，电子不再发生衍射，而是像粒子一样通过狭缝。
所以，显示屏上干涉条纹消失，只留下一道明亮的条纹。
这时，爱因斯坦问道：
“当存在双缝的时候，就出现干涉条纹；当关闭一个狭缝，干涉条纹就消失了，这是为什么？”
“两个狭缝之间的距离虽然很小，只有几十纳米。”
“但对于电子的体积而言，这个距离犹如十万八千里。”
“那么，电子是如何知道另一个狭缝被关闭了，从而不发生自身干涉呢？”
咦？
众人皆是一愣。
这个问题有点意思啊。
开关狭缝是人为的过程，电子又是怎么知道的呢。
难道说它具有意识？
不然的话，它怎么知道什么时候该干涉，什么时候不该干涉呢？
李奇维说道：
“这个问题恰恰证明了互补原理的正确性！”
“因为双缝本身其实就算是一种测量方式，而且是波动的测量方式。”
“所以，此刻的电子就表现出波动的性质，从而能同时经过两个狭缝，并且发生干涉。”
“直到遇到显示屏，坍缩成粒子。”
“我们需要注意一点，哪怕电子坍缩成粒子后，它依然具有波粒二象性，而且能重新回到迭加态。”
“如果此时把显示屏去掉，电子会以这种迭加态的形式继续传播下去。”
“现在，把双缝改成单缝，那么电子就只能通过一个狭缝。”
“而一个狭缝其实可以看成是一种粒子方式的测量手段。”
“此时电子经过狭缝后变成了确定的粒子，从而不再发生干涉，显示屏上就没有了干涉条纹。”
“所以，当我们试图获取电子的路径信息时，就是对电子粒子性的测量。”
“路径信息和干涉条纹是两个互补的量，在同一个实验中，只能看到其中一个。”
“所以，电子并没有意识，而是测量影响了电子的状态！”
“而这正是互补原理的内涵！”
哗！
众人恍然大悟！
有了双缝实验在前，现在就容易理解多了。
爱因斯坦沉默了。
他发现布鲁斯的逻辑简直无懈可击。
一切都是那么完美！
只是这种完美是建立在客观事实不能独立存在，这个匪夷所思的基础之上。
这时，薛定谔忽然问道：
“教授，显示屏为什么可以看成是测量手段呢？”
众人又是一愣。
这也是个好问题。
不能因为你是布鲁斯教授，你说是就是。
李奇维解释道：
“所谓的测量，其实就是指相互作用。”
“我们应该有这样一个共识：在量子力学中，不存在对一个物体进行测量，且不产生任何影响。”
“在宏观世界里，测量汽车的速度，并不会对汽车本身产生实质影响。”
“但是对于电子这样的微观粒子而言，要想测量，就必须用同样大小的光子或另一个电子去撞击。”
“通过分析撞击后的光子的状态，就能知道待测电子的状态。”
“但是撞击这个过程本身，必然会对电子造成影响。”
“而这种影响，就是电子坍缩成粒子。”
众人默默点头，不明觉厉。
接着，德布罗意又问了一个问题：
“教授，我无法想象，波函数坍缩是一个什么样的过程？”
李奇维说道：
“电子的波函数本身不代表任何物理意义。”
“这里的坍缩不是一个过程，更像是一种状态的转变，是瞬时发生，没有时间意义。”
“正如当电子处于波动和粒子的迭加态时，我们无法想象那是一种什么样的状态。”
“你可以把它们想成相对论中光速不变这样的公理，不能进一步阐述。”
这时，李奇维忽然说了一句意味深长的话：
“或许，科学的目的，不是解释自然的本质；而是关于自然，科学能进行什么样的描述。”
哗！
众人震撼无比！
这可不是布鲁斯教授以前的风格。
如果科学不能揭示事物的本质，那要科学有什么用呢？
众人内心感慨：
“看来量子力学的神奇，不仅影响了我们，也影响了布鲁斯教授。”
“他的境界更加虚无缥缈了。”
李奇维没有在这个问题上继续深究。
哪怕到了后世，关于波函数坍缩依然没有任何的解释。
它就是一个无法想象的客观过程。
现在无人继续提问，但是李奇维的演讲却远远没有结束。
接下来，他将继续做一个被后世无数人津津乐道的实验。
绝大多数人对量子力学和双缝实验的误解，都是因为这个实验。
什么“物理学不存在了”、“人的意识能够影响现实”等等。
那就是“观察者效应双缝干涉实验”！
在众人的注视下，李奇维继续说道：
“其实，我在单电子双缝实验的基础上，还准备了一个升级实验。”
“它更能证明互补原理的正确性。”
“那就是引入观察者！”
“如果我在双缝处安装一个电子探测器，看看电子究竟是如何通过双缝的。”
“那么诸位觉得会发生什么情况呢？”
轰！
全场震撼！
所有人都觉得不可思议！
这真的能实现吗？
(本章完)