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为什么双缝干涉实验让人感觉世界观都被颠覆了?一开始物理学家们一直在争论,光到底是波还是粒子。17世纪荷兰物理学家惠更斯先提出光是一种波,他觉得光的干涉现象就是最好的证明,两束光交叉就会产生干涉条纹。但到了18世纪,牛顿却说,光既然能直线传播还会反射,那它应该是粒子。因为牛顿在当时物理学界地位很高,整个18世纪大家都相信光的粒子说。之后物理学家们对这个问题产生了很大分歧,波动派和粒子派各自都有理论,而且都坚信自己是对的。
直到19世纪英国物理学家托马斯·杨根据波动说设计了双缝干涉实验。他在一块板上开了两条缝,然后想,如果光是粒子,通过两条缝后应该出现两道杠;如果光是波,通过两条缝后就会形成两个波,它们互相干涉,就像水面上两个水波相遇一样。结果实验做出来,屏幕上真的出现了像斑马线一样的条纹。这不仅让波动派赢了这一局,也告诉大家,权威不一定就是真理。
但是后来量子力学发展起来,这个实验又让人看不懂了。原来托马斯·杨的实验是连续发射光子,光子之间互相干涉才出现条纹。于是物理学家做了第二次实验,这次改用点射模式,一次只发射一个光子,这样每次只有一粒光子通过狭缝,照理说它没法跟别的光子发生干涉。那么屏幕上应该出现两道杠才对,可实验结果却出人意料。开始光子很少,光点显得很乱,但随着光子越来越多,屏幕上居然又出现了明暗条纹。
波动派认为条纹是双缝产生的两个波干涉叠加形成的。可是单个光子只穿过一条缝,它是在跟谁干涉呢?为了搞明白,物理学家又做了第三次实验,这次在双缝前面加了一个高速探测器,用来记录光子到底从哪条缝通过、怎么干涉的。还是用点射模式发射光子,探测器发现,光子的确每次只从左缝或右缝单一通过,并没有分成两半。可是就在大家想不通单个光子到底在和谁干涉时,奇怪的事情发生了:屏幕上的条纹不知什么时候变成了两道杠。
之后反复实验发现,不装探测器时,结果总是斑马线,说明光表现出波的性质......