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量子力学傻话(3)

已有 921 次阅读 2019-12-24 10:52 |系统分类:观点评述

量子力学傻话

3. 单个电子同时通过两个狭缝,自己跟自己干涉

杨氏双缝干涉是非常著名的经典实验,它以光的干涉现象证明了光的波动性,颠覆了牛顿光粒子学说长达一百多年的统治。爱因斯坦的光量子理论出来之后,光被认为同时具有波动性与粒子性,即光具有波粒二象性的特点。既然光具有波粒二象性,假如光以粒子的形式出现时,它还能否具有干涉效应呢?杰弗里•泰勒在1909年做了一个实验,他试图用非常微弱的光来做杨氏双缝实验,目的就是想看看如果光微弱到几乎每次只发出一个光子时,是否还能形成双缝干涉图案。实验用的接收屏是感光胶片,经过长时间的曝光之后,结果发现,尽管光源极其微弱,以至于几乎每次只发出一个光子,感光胶片上依然会出现明暗相间的干涉条纹。当时人们想,既然光是以粒子形式一个个发出的,按理它不应该出现干涉条纹才对,既然已经出现了,那只能认为一个光子同时通过了两个狭缝,自己跟自己发生了干涉。由于光的本质是电磁波,一个光子它也是个波,它同时通过两个狭缝似乎也能理解。但实际上这样理解也是不严谨的,因为毕竟把光子当成了波啊,没有把它当成粒子。

量子力学傻话

费恩曼电子双缝干涉思想实验

戴维孙等人发现电子具有衍射特性后,人们自然就会想到用电子来重复双缝实验。但是,电子的干涉实验很难做,直到1961年,克劳斯•约恩松才完成了第一个电子双缝干涉实验,得到了明暗相间的干涉图样。假如电子一个一个地通过狭缝,是否也会产生干涉条纹呢?1974年意大利米兰大学皮尔•梅丽团队用电子双棱镜模拟双缝干涉,发现即使在每次只发射一个电子的情况下,依然可以出现电子双缝干涉现象。2012年美国内布拉斯卡大学林肯分校的物理实验团队被认为是完成了真正的单电子双缝实验。电子一般被认为是实实在在的粒子了,单电子双缝实验也能成功,这回似乎无话可说了,许多人就认为单个电子与单个光子一样,是可以同时通过两条狭缝,自己与自己发生干涉。费恩曼曾说,电子的双缝干涉实验包含了量子力学的唯一奥秘。许多人信誓旦旦地认为,量子力学就是与经典物理学不同嘛,微观粒子如电子就是具有分身术,它可以同时出现在两个以上的不同地方。由于电子的运动无法捉摸,人们干脆用电子云来描述其运动状态,它在空间中的运动位置是不确定的,只能用概率来描述其在某个位置出现的可能性。

量子力学傻话


实际上,单光子或单电子双缝干涉实验结果的解释是存在问题的。人们认为,明暗相间的条纹一定是波的干涉条纹,出现明暗相间的干涉条纹一定是说明光子或电子具有波动性。此外,人们还认为,出现明暗相间的“干涉条纹”,一定必须同时通过两个狭缝。这两点其实是缺乏严格科学验证的。我们的研究表明,明暗相间的条纹并非一定是波的“干涉条纹”,粒子实际上也能形成明暗相间的“类干涉条纹”。实际上,人们用C60分子甚至更大的粒子做实验,同样能够得到明暗相间的条纹。大型粒子出现的类干涉条纹的现象之后,人们理应去思考之前所谓的电子干涉条纹是否真的证明了电子的波动性,然而却根本没有人去做这样的思考。人们还沉浸在量子力学的所谓特殊化、特权化的迷思之中,认为量子力学就是跟经典物理学不同,电子就是能同时通过两个甚至多个狭缝,同时处于多个不同的空间位置。科学不仅要符合实验结果,同时也必须要合乎逻辑。量子力学不管你号称自己有多么的特殊,多么的与经典物理学不同,但你绝没有超越逻辑检验的特权。否则的话,任何所谓的理论,只要号称自己与其它科学的不同,就可以逃避逻辑的检验,科学的基础就要崩塌了。因为科学就是建立在事实(实验检验)与逻辑之上。所谓的单个电子,就是在数量上表示只有一个电子,该电子的质量与电荷内在的属性是一定的。如果能同时出现在多个不同的空间位置,那么实际上就是在多个不同的空间位置同时出现了多个电子。单个电子变成了多个电子,从逻辑上完全说不通,在科学上也是没有任何可以解释的物理机制。你说,我这个就是量子力学啊,量子力学就是这样啊,我们有不确定性原理可以解释啊。你这叫循环认证,用自己的理论解释自己是无效的。




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3 杨正瓴 王翀 刘山亮

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