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|一分钟内的物理：双缝实验

物理学中最著名的实验之一是双缝实验 。它以无与伦比的奇怪性证明了 ， 很少的物质粒子在它们周围有波动 ， 并暗示观察粒子的行为对其行为产生了戏剧性的影响 。
首先 ， 想象一下其中有两个缝隙的墙 。你在墙上扔网球 。有些会从墙上弹开 ， 但有些会穿过缝隙 。如果在第一面后面还有另一面墙 ， 穿过缝隙的网球将撞到第二堵墙 。如果你标记了一个球击中第二堵墙的所有位置 ， 你会看到什么？两条标记的形状与狭缝大致相同 ， 那就对了 。
你从粒子获得的图案 。
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现在 ， 想象一下在具有两个狭缝（其中狭缝之间的距离与光的波长大致相同）的墙壁上发出的光（单色 ， 即单一波长） 。在下图中 ， 我们从顶部显示了光波和墙 。蓝线代表波峰 。当波通过两个狭缝时 ， 它实际上会分裂为两个新波 ， 每个新波都从一个狭缝中散开 。然后 ， 这两个波相互干扰 。在某些波峰与波谷处相遇的地方 ， 它们会互相抵消 。而在一个波峰到达另一个波峰（即图中蓝色曲线交叉处）的地方 ， 它们将相互增强 。波浪互相增强的地方发出最亮的光 。当光线遇到第二个墙时 ， 你会看到一个条纹图案 ， 干扰模式 。明亮的条纹来自彼此增强的波浪 。
干涉图样 。
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这是真实干扰模式的图片 。条纹更多 ， 因为图片比我们的图表捕获更多细节 。（为了正确起见 ， 我们应该说图像还显示了衍射图样 ， 你可以从一个狭缝中得到该衍射图样 ， 但是我们在这里不再赘述 ， 也不需要考虑它 。）
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现在让我们进入量子领域 。想象一下 ， 通过两个狭缝在墙壁上发射电子 ， 但是暂时阻止了其中一个狭缝 。你会发现一些电子将像网球一样穿过开口的缝隙并撞击到第二堵墙：它们到达的斑点形成了与缝隙大致相同的条形 。
现在打开第二个缝 。你可能希望在第二堵墙上看到有两个矩形条 ， 就像网球一样 ， 但是你实际看到的却大不相同：电子撞击的斑点会聚在一起 ， 以复制波浪的干涉图案 。
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这是一个真正的电子双缝实验的图像 。单独的图片显示了随着越来越多的电子被发射 ， 你在第二堵墙上得到的图案 。结果是条纹干涉图案 。
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怎么会这样？
一种可能是电子以某种方式相互干扰 ， 因此它们不会到达一个单独的地方 。但是 ， 即使你一个一个的发射电子 ， 干涉图样仍会保留 ， 因此它们不会产生干涉的机会 。奇怪的是 ， 每个单独的电子在一个整体图案中贡献了一个点 ， 该整体图案看起来像波的干涉图案 。
难道每个电子都以某种方式分裂 ， 一次穿过两个缝隙 ， 相互干扰 ， 然后重新结合成一个单个的局部粒子到达第二堵墙？
为了找出答案 ， 你可以在狭缝附近放置一个检测器 ， 以查看电子穿过哪个狭缝 。那真的是很奇怪 。如果这样做 ， 检测器屏幕上的图案将变成两条带的粒子图案 ， 如上图所示！干扰图案消失 。不知何故 ， 这种情况确保了电子像行为正常的小网球一样运动 。好像它们知道自己在被监视一样 ， 决定不参与执行怪异的量子恶作剧的行为 。


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