有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?( 三 )


有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
每当你打开手电,无数光子就像出膛的炮弹一样,笔直地射向远方。
很多著名科学家(牛顿、爱因斯坦、普朗克)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种粒子。
波派所谓波,就像往河里扔块石头,产生的水波纹一样。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
如果把光看作是一种波,可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。
很多著名科学家(惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种波,电磁波。
可问题是,波和粒子毕竟是两种截然不同的东西啊!
粒子可分成一个一个的最小单位,单个粒子不可再分;波是连续的能量分布,无所谓「一个波」或者「两个波」;粒子是直线前进的,波却能同时向四面八方发射;粒子可以静止在一个固定的位置上,波必须动态地在整个空间传播。波与粒子之间,存在着不可调和的矛盾。
于是自古以来,塞伯坦星上的科学家就分成两派: 波派和粒派 ,两派之间势均力敌的百年撕逼战争从未分出胜负。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
很多人问我:科学家为什么要为这种事情势不两立,大家搁置争议、共同研究不就得了。
为了一个字:
信仰!
千面之神且问你:《权力的游戏》中,信奉七神的维斯特洛人民,为何要与信奉旧神的关外野人拼个你死我活?
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
自古以来,人们为了信仰争端大开杀戒,早已不足为奇。
唯一的和谐社会可能是古希腊:他们的神多达百八十号,有管天上、有管地下,各路神仙各司其职,倒也井水不犯河水。
人称:希腊众神。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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要命的是,科学家们信仰的神只有一个,而且是放之宇宙而皆准的全能大神。这位神祇的名字,叫作 真理 。
大到宇宙的诞生,小到原子的运转,科学家们相信,这个世界的万事万物都是基于同一个规律,可以用同一个理论,甚至同一套方程解释一切。比如,让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力,让月亮悬在空中掉不下来的也是万有引力。用同一个方程,既能算出地球的质量,也能让马斯克的猎鹰九号火箭上天,这就是科学的威力。
想要一个宇宙、两种规律?
对不起兄弟,别在科学界混了,您可以去跳个槽,比如竞选总统。
当然,科学家们没有谁敢自称是真理的代言人,就连牛顿谦虚起来都是这样的:「我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子,而真理的大海,我还没有发现啊!」
就算是捡贝壳,捡的多了,说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢!
整个科学史,就像一个集卡拼图的过程。做实验的科学家们每发现一个科学现象,搞理论的科学家们就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起,真理的图像就渐渐清晰。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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真理确实只有一个,但是真理的表现形式,会不会存在着多个版本?
难道真理就是那个千面之神,用千变万化的面目欺骗了我们如此之久?
灵异的实验究竟是波,是粒,还是波粒二象,大家决定,用一个简单的实验来做个了断:
双缝干涉实验
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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双缝,顾名思义,就是在一块隔板上开两条缝。
用一个发射光子的机枪对着双缝扫射,从缝中漏过去的光子,打在缝后面的屏上,就会留下一个光斑。(等效于 1961 年电子双缝干涉实验)
在实验之前,科学家的推测如下:
第一种可能
如果光子是纯粒子,那么屏幕留下两道杠。
光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过,那么屏幕上留下的一定是 2 道杠,因为其他角度的光子都被板挡住了。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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第二种可能
如果光子是纯波,那么屏幕上会留下斑马线般的一道道条纹。
光子穿过缝时,会形成 2 个波源。两道波各自震荡交汇(干涉),波峰与波峰之间强度叠加,波峰与波谷之间正反抵消,最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线(干涉条纹)。
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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第三种可能
如果光子是波粒二象,那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。
总之,
两道杠 = 粒派胜;
斑马线 = 波派胜;
四不像 = 平局。
是波是粒还是二合一,看屏幕结果一目了然,无论实验结果如何,都在我们的预料之中。
第一次实验 :把光子发射机对准双缝发射。
结果 :标准的斑马线。
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根据之前的分析,这证明光子是纯波。OK,实验结束,大家回家洗洗睡吧。
粒派不服:我明明知道光子是一个一个的粒子!
这样,我们再做一次实验,把光子一个一个地发射出去,看会怎么样,一定会变成两道杠的!
第二次实验 :把光子机枪切换到点射模式,保证每次只发射一个光子。
结果 :斑马线,竟然还是斑马线,怎么可能?我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊!
最令人震惊的是,一开始光子数量较少时,屏幕上的光点看上去一片杂乱无章,随着积少成多,渐渐显出了斑马线条纹!
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光子要真的是波,那粒派也不得不服。
问题是:根据波动理论,斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加;而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝,穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉?
难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个?一个光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手发生了关系?事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休,我们倒要看看,光子究竟是怎样穿过缝的。
第三次实验 :在屏幕前加装两个摄像头,一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子,就说明光子穿过了哪条缝。同样,还是点射模式发射光子。
结果:每次不是左边的摄像头看到一个光子,就是右边看到一个。一个就是一个,从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。
大家都松了一口气。 光子确实是一个个粒子,然而在穿过双缝时,不知怎么就会变形成两道波同时穿过,形成干涉条纹。
虽然诡异了些,不过据说这就是 波粒二象性 了,具体细节以后再研究吧,这个实验做得人都要精分了。
然而,就在这时,真正诡异的事情发生了……
人们这才发现,屏幕上的图案,不知什么时候,悄悄变成了两道杠!
没用摄像头看,结果总是斑马线,光子是波;
用摄像头看了,结果就成了两道杠,光子变成了粒子。
实验结果取决于看没看摄像头?
这不科学啊,做物理实验竟然见鬼了啊!
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一个貌似简单的小实验做到这份上,波和粒子什么的已经不重要了,重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。
这是有史以来第一次,人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。
观察者魔咒你还没看出灵异在哪里?
好吧,请先看懂下面这个例子:
电视里正在直播足球比赛,一个球员起脚射门——
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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「咔」暂停,你预测一下这个球会不会进?
在球迷看来: 球进还是不进,和射手是不是 C 罗、梅西有关,和对方门将的状态有关,和裁判收没收钱说不定还有关。
在科学家看来: 有关的东西更多,比如球的受力、速度和方向,距离球门的距离,甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。
不过,只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算,完全可以精确预测三秒后球的状态。但无论是谁,大家都公认的是,球进与不进,至少和一件事情是绝对无关的:
你家的电视。
无论你用什么品牌的电视,无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏,无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡,当然更无论你看不看电视直播——该进的球还是会进,该不进就是不进,哪怕你气得把电视机砸了都没用。
你是不是觉得,上面说的全都是废话?那么,仔细听好:
双缝干涉的第三次实验证明了,在其他条件完全相同的情况下,球进还是不进,直接取决于在射门的一瞬间,你看还是不看电视!
看还是不看,这是一个问题!
光子从发射器射向双缝,就好比足球射向球门;用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法,就好比用电视机看进球。
第三次实验与第二次的唯一区别,就是实验 3 开了摄像头观察光子(看电视),实验 2 没放摄像头(不看电视)——两次实验的结局竟截然不同。
这,就是观察者的魔咒。
难道说,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬间变成粒子?
难道说,「光子是什么」这一客观事实,是由我们的观察(放不放摄像头)决定的?
难道说,对事物的观察方式,能够改变事物本身?
三观崩塌在所有人懵逼的时候,还是有极少数聪明人,勇敢地提出了新的理论: 光子,其实是一种智能极高的外星 AI 机器人。
之所以观察会导致实验结果不同,是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了,如果发现有摄像头,它就变成粒子形态;如果发现是屏幕,就变成波的形态。
这个理论让我想起了传说中的:
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
难道机器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日语「アトム」的发音直译,词语源自英语「Atom」,意即「原子」)
有哪些知识,你知道后你的世界马上就不一样了?
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