綜述
在物理學(xué)界,牛頓絕對是當(dāng)之無愧的開山鼻祖,其提出的三大定律更是成為了后世物理研究的重要基礎(chǔ),同樣,牛頓在光學(xué)領(lǐng)域的研究和發(fā)展也有著比較突出的貢獻(xiàn),在其提出了光粒子理論后的很長一段時間都得到了大家的認(rèn)可。
不過,再后來,由于一位科學(xué)家的一項神奇的實驗,卻讓這個物理學(xué)界對光產(chǎn)生了顛覆性的認(rèn)識,而從實驗的過程到結(jié)論都令所有的科學(xué)家們感到莫名的不安!
經(jīng)典物理學(xué)與量子力學(xué)
在描述雙縫干涉之前,我們先來簡單地了解一下什么是經(jīng)典物理學(xué)。
在大約300年之前,牛頓通過從天而降的蘋果發(fā)現(xiàn)了震驚世界的萬有引力,并在后續(xù)的研究和學(xué)習(xí)過程中成功推導(dǎo)出了牛頓三大定律,并以此奠定了經(jīng)典物理學(xué)的整體基。
在牛頓相關(guān)理論的描述過程中我們得知,我們所處的宏觀世界是一個低速運(yùn)動的世界,在這個世界中所發(fā)生的所有的現(xiàn)象都是具有確定性的,是可以通過因果關(guān)系推導(dǎo)出來的。
在經(jīng)典物理學(xué)的世界里,整個宇宙中都存在著一種絕對的客觀規(guī)律,只要能發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律就代表著可以了解到宇宙中的一切,而這一理論也被后世的科學(xué)家們成為決定論。
而事實上,在近代以前,絕大多數(shù)科學(xué)家都堅信決定論在物理學(xué)界的地位,即便是量子力學(xué)的不斷發(fā)展,也沒有中斷人們對于決定論的信念。
其中就包括愛因斯坦以及薛定諤等人,他們對于決定論的堅信讓他們在最終時刻仍然站到了自己所研究的量子力學(xué)的對立面上去。
雙縫干涉實驗的具體內(nèi)容
雙縫干涉實驗是近代以來至關(guān)重要的一項實驗,從經(jīng)典力學(xué)的角度來看,這項實驗可能只是簡單地證明了一下光的波動性理論,并沒有太大的用處,但是對于量子力學(xué)領(lǐng)域卻有著非比尋常的里程碑式的意義。
其實,單從實驗過程來看,這項實驗還是非常簡單的,就是把一束細(xì)微的單色光從寬度極小的狹縫內(nèi)穿過,緊接著讓成功通過單縫的光再次進(jìn)入雙縫當(dāng)中,最后把所有能通過的光都放在大屏幕上,展現(xiàn)出一系列條紋形式的圖案。
雖然聽上去簡單,但其中的理論還是有很多難點的。
就比如,從光的粒子性角度出發(fā),當(dāng)單個光粒子穿過兩層縫隙的時候,就已經(jīng)把粒子一分為二了讓分成兩半的粒子再次穿過縫隙,最終投影到屏幕上的卻是再次合為一體的單獨粒子。
這樣的推論讓不少科學(xué)家難以接受,并對這項實驗進(jìn)行了反復(fù)的實驗驗證,但是最好的結(jié)果卻仍然是托馬斯楊得到的結(jié)果。
雖然人們對于雙縫干涉實驗的疑問始終存在,但是這么多有權(quán)威性的科學(xué)家一起驗證,也能證明該項實驗的準(zhǔn)確性、真實性以及科學(xué)性。
光學(xué)的相關(guān)理論
在牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)理論之后,他根據(jù)微小粒子的聚集性推測出了光的粒子學(xué)理論,而這一理論的誕生很好地解釋了現(xiàn)實生活中光的折射、反射的現(xiàn)象,以至于后面很長一段時間科學(xué)家都認(rèn)為這才是光的正統(tǒng)學(xué)說理論。
直到18時間托馬斯楊做的雙縫干涉實驗,證明了光的波動性,這才撼動了光粒子性在物理學(xué)界的地位,逐漸替代了粒子學(xué)說成為了新一代的正統(tǒng)理論。
而在此后的一百年間,科學(xué)家們也從來沒有停止過對光的研究,但是他們發(fā)現(xiàn)如果單用光的波動性理論是無法解釋一些奇怪的現(xiàn)象的,隨后在量子力學(xué)理論的推動下,波粒二象性誕生了,也就是說,光不僅僅是粒子性或者波動性,而是兩者合二為一。
不安的來源
在雙縫干涉實驗剛剛誕生的時候,吸引了大量科學(xué)家的爭相驗證,但無論是從實驗本身還是從結(jié)果來看,都讓科學(xué)家們感到前所未有的不安。
其中,就有一位外國的科學(xué)家在進(jìn)行實驗的過程中細(xì)心地用攝像儀對粒子的運(yùn)動過程進(jìn)行詳細(xì)的記錄,結(jié)果卻令他毛骨悚然。
當(dāng)攝像機(jī)記錄粒子的時候,這些粒子就好像已經(jīng)知道有人在記錄它們一樣,直接停止了所有的運(yùn)動,畫面上的條紋圖案也在這一瞬間消失,當(dāng)攝像機(jī)停下后,這些粒子就又重新開始運(yùn)動了。
而這一結(jié)果也讓梅里一度不再相信攝像機(jī)的觀測結(jié)果,并對外宣稱,這些光粒子并不是自己運(yùn)動的而是在人類意識的驅(qū)使下做出各種行為。
這對于長時間研究光學(xué)理論的科學(xué)家來說是非?;奶频?,但是在越來越多的科學(xué)家們重復(fù)了梅里的實驗過程后,結(jié)果卻驚人地一致,粒子竟然真的憑空消失了!
結(jié)語
難道真的像有些人說的那樣,科學(xué)的盡頭是神學(xué)嗎?難道我們?nèi)祟愃畹氖澜缍际窃煳镏魉鶆?chuàng)造的?
不過,就算是浩瀚而廣闊的宇宙也只不過是它的萬物,在造物主觀察的過程中,我們的宇宙可能已經(jīng)發(fā)生了某些時間和空間上的變化,只不過我們?nèi)祟惖奈拿鞯燃夁€無法觀測到這一錯變的過程。
不過,隨著科技的不斷發(fā)展,相信終有一天人們能探尋到雙縫干涉實驗背后隱藏的奧秘,到那時,我們也就能知道現(xiàn)在的猜測是否屬實了