第13章 双缝干涉实验（1 / 2）

“知天之所为，知人之所为者，至矣！”

老师引用庄子名篇《大宗师》的话，继续讲述这张科技含量极高的照片背后的故事。

人们一直在寻找自然界的终极法则，经典力学一度被认为至善至美，直到量子力学的创立，人类似乎又站在新的起点。

同学们认真听老师讲解，睡意全无，比起汇编语言，这张图显然更有吸引力。

1900年，英国物理学家开尔文勋爵在英国皇家学会发表演讲中说道：“物理学的大厦已经建成，后人只需要做一些修补工作。”这在当时已是一个公论，甚至有人认为物理学已经足够完美了，无需再进行研究。很多人已经放弃了选修物理学，认为再研究下去也发现不了新的知识。

但开尔文勋爵发言的最后，在展望物理学的未来时，他若有所思的讲到：“它美丽的晴空却被两朵乌云笼罩。”

“同学们，有谁知道这两朵乌云是什么吗？”老师问道。

同学们摇了摇头，只见后排的同学更是伸长了脖子向前探，生怕听漏了一个字。

当时人们新的物理学发现和经典物理学有很多冲突矛盾，其中最大的冲突便是这“两朵乌云”：一、 迈克尔逊—莫雷实验的零结果问题。二、黑体辐射的问题 。

而正是这两朵乌云诞生了相对论和量子力学。

相对论的产生，解决了第一朵乌云的问题，英国物理学家麦克斯韦在总结法拉等式的基础上，总结出经典电子力学方程组，也被称为麦克斯韦方程组，其正确性被大量实验证明不容置疑。但是麦克斯韦方程组在不同惯性参照系中不具有协调性，在不同参照体系下方程组会发生改变，这即产生了矛盾。

“同学们听懂了吗？”老师问道。

大家摇了摇头，老师继续讲：“接下来大神就要登场了，最初人们认为宇宙中存在一种物质叫“以太”，但根据迈克尔逊?莫雷实验证明，没有以太这个虚拟的参照系存在。最终解决这一问题是当时瑞士专利局的一个小职员，他的名字叫爱因斯坦，这是爱因斯坦正式登上历史舞台，他一出现就是他人生的高光时刻，照亮了整个物理世界。1905年，爱因斯坦四篇划时代的论文建立了狭义相对论，成功描述了亚光速领域宏观物体的运动。过往，人们认知停留在看得见感受得到的宏观世界，而爱因斯坦将人们认知范围拓展到看不见的却客观存在的微观世界，这就是第一朵乌云所产生的相对论。”

老师看到同学们兴致勃勃，讲得更起劲。

“量子力学产生则解决了第二朵乌云的问题。“黑体辐射”是指计算黑体辐射强度的瑞利金斯定律的计算结果和实验结果无法吻合，之前所有的物理学原理都是建立在假设世界是连续性的前提下，但后来物理学家发现很多现象与这个前提相互矛盾，因为物理学的结论不对，很有可能是在假设的前提上就出现了问题。据此，德国物理学家普朗克认为，经典物理学家并不适用于微观世界。普朗克将能量分为很多份，光和其他电磁波的能量都是分散的，这其中的每一份就被认为是量子，量子力学随着诞生，后来爱因斯坦据此发现了光电效应，第二朵乌云问题也被解决了。”

“大家是不是认为这两朵乌云解决了，物理学的大厦就无懈可击了呢？其实不可思议的事情才刚刚开始！”老师继续吊大家的胃口，讲述下一个故事：量子双缝干湿实验。

“同学们，近年来，量子物理学的发展引起了人们的广泛兴趣。其中，量子双缝干涉实验被认为是揭示量子力学奥秘的重要实验之一，我将带你们深入探索这个神秘而引人入胜的实验。”

量子双缝干涉实验的核心是光的波粒二象性。传统的实验中，光被认为是波动的，类似于水波在波洞后形成波纹。然而，这一实验却展示了一种令人不可思议的现象：当光通过具有两个小孔的屏障时，其在屏幕上形成了干涉条纹。这意味着光既表现出波动性，又表现出粒子性。而这种双重性态恰恰是量子力学的核心所在。

量子双缝干涉实验的可视化观察对于理解量子力学的基本原理起到了重要的作用。实验设置中，传统的实验装置被简化为仅有一束光，穿过一个屏障。屏障上有两个微小的孔，光通过这两个孔后，在远离屏障的投影屏上形成干涉纹。这一现象与传统理论预测的波动理论完全符合。

然而，当实验中引入探测器来测量光通过不同孔洞的粒子位置时，情况却发生了奇妙的变化。原本预期的干涉纹消失了，取而代之的是一个“粒子”的分布图案，与传统的粒子行为一致。这一现象引发了科学家们的深思：当观测过程中，是否光实际上就是波动与粒子行为之间的一种中间状态？