科学让人类走上了新的道路,具备了研究探索事物本质的能力。在科学的帮助下,人类文明实现了质的飞跃,不仅对宏观事物有了全新的认知,而且还开始研究探索微观世界的奥秘。
在这个世界上,光是普遍存在的一种事物,我们每天都会见到光,都要跟光打交道。由于光的存在非常普遍,所以古人的眼里,光并没有什么特别和神奇之处。可是随着人类文明的不断发展和进步,一些智者开始思考研究光到底是什么?
对于光的研究,早在古希腊时代就有哲学家提出了一些研究理论,可是在后来的数千年岁月里,对于光的认知和探索并没有什么太大的进展。直到17世纪,科学开始走上历史舞台,这个时候人类对于光的研究才进入了新时代。
在17世纪之后的一段岁月里,科学家对于光的本质产生了分歧,有了“波动说”和“粒子说”。“波动说”的支持者认为,光的本质是一种波,而“粒子说”的支持者则认为光的本质应该是一种粒子。那么到底谁的观点正确呢?
相信很多朋友现在都知道,光具有波粒二象粒,也就是说它即是粒子也是波。那么这场有关光的“微波战争”是如何结束的?我们都明白,科学理论想要成为真理,是需要用实验来证明,光的本质到底是什么?同样也需要相关实验来进行证明。
在有关光的实验中,“双缝实验”无疑最具有代表性,相信很多小伙伴在高中的时候,都做过这个物理实验。这是一个非常简单的物理实验,主要由三部分组成:发射器,一个有双缝的木板,一个要以显示光线和电子痕迹的屏幕。
当我们通过发射器发出光子后,后面的屏幕就会出现一些明显的痕迹。通过这些痕迹,我们可以很清楚地看到,光子通过双缝相互之间产生了干涉,在屏幕上留下了波纹。最初的“双缝实验”发射器发出的是连续不断的光子,初步证明了光的特性。
到了1909年,有科学家对这个实验进行了升级修改,让一个光子被发射出去,再进行观察对比。通过实验我们看到了,即使只有一个光子被发射出去,后方的屏幕上仍然出现了干涉条纹。这说明一个光子同样通过了两个通道,自己与自己产生了干涉。
通过简单的一个物理实验,证明了光是一种波,在随后的实验中,科学家用电子来进行实验,同样得出了相同的结论。事实上,不仅是光子和电子具备这种量子特性,原子核分子同样也具备这样的特性,基本上所有的粒子都呈现波粒二象性。
这样的实验结果让科学家对宇宙的本质产生了怀疑:难道宇宙真的是不确定性,一切都是非决定性的随机事件吗?为了更好地研究光子的量子特性,科学家对“双缝实验”再一次进行修改,在实验中增加了一个环节,那就在安置了几个摄像头。
科学家的目的是想通过摄像头来记录和观察光子是如何从粒子转化为波的形态。如果能够将这个过程记录下来,或许会让我们更好地理解这种神奇的量子现象。
在科学家的期待中实验开始了,可是结果却让我们大吃一惊,原来加入摄像头之后,光子居然以粒子的状态平稳通过了通道,并没有在屏幕上留下干涉条纹。当我们将摄像头撤掉之后,神奇的一幕出现了:屏幕上出现了干涉条纹。
这样的结果的确让科学家感到吃惊,在进行了多次实验后,科学家不得不承认面对这样的一个事实。似乎只要人类主动观察,这些光子的状态就不会发出变化,将自己具备波的特性隐藏起来。
这个实验也告诉我们:在自然界中,如果我们不主动观察,量子的状态是粒子和波的两种状态共存,可是当我们主动观察的时候,量子只展现它粒子的一面,波的一面则会隐藏起来。这有点像薛定谔的猫一样,如果没有一个观察者出现,我们永远无法知道这个猫是死还是活。
一个简单的物理实验,却出现了让人们感到害怕的现象。我们看到的世界是一个宏观的世界,而宏观的背后则微观的量子世界。如果量子世界只有在我们不主动观察的时候,才会显示真实的 一面,那是否说明,我们现在看到的世界并不完整?
在经典力学中,观察者不会对任何现象产生影响,可是在量子力学中,观察者的存在似乎对宇宙有着很大的影响。这也让我们对人类看到的宇宙真实性产生了怀疑,曾经有人提出过“虚拟宇宙假说”,此假说认为,我们的宇宙有可能是一个虚拟空间。
如果真是这样,相信很多小伙伴们都难以接受,当然,这一切目前也只是猜想。“双缝实验”证明了光的特性,也让我们看到了观察者对于光子的巨大影响,这种影响的背后到底是什么情况?还需要科学家不断的努力探索。
我们也没有必要对这个实验现象感到“毛骨悚然”,观察者对实验的巨大影响,有可能只是由于人类现在的科学理论还不够完善,从而表现出的一种偏差。或许随着人类科技的不断进步,将来会有更加完善的科学理论出现,能够解释“双缝实验”表现出的诡异现象。我们期待着这一天的到来。