双缝实验揭示量子世界神奇特性

当发射单个光子时，光子的前进路径会受这张网的特定规律的波动影响，最终随机产生一个落点。严格来说，这个光子的落点可以在这张网所影响的范围内的任何一个位置上（图1.13）。

图1.13

发射的光子数量越多，那么在这张网的特定规律波动下，随机产生的落点就越多。

看上去，实验中发射的多个光子在穿过缝隙后，由于波的特性产生了相互干涉和作用，从而形成了干涉条纹。但实际上，它们并没有产生相互干涉和作用，而是这张看不见的以特定规律波动的网在操控着结果。

我不止一次说，这张网是一张以特定规律波动的网。那么这个“特定规律”是什么呢？当这张网开始作用于光子的那一刻，这个特定规律就包含光子所有可能的落点信息（图1.14），以及行程中每个阶段，光子所有可能的位置及轨迹信息（图1.15）。而这就是量子力学的核心——波函数。

图1.14

图1.15

由于我们一开始就设定了这个特定规律发生作用后的绝对范围，因此，实验者每次发射一个光子时，只要发射的光子数量足够多，就能够显示出干涉条纹。但是在特定规律开始作用于光子，到没有产生最终结果的这一阶段，光子的准确位置及运行轨迹处于无法判断的随机状态。这个“特定规律”的规律，人类暂时还不了解。

那么有人会说，在光子被射出后，我们架设一个观测设备，来观测每个光子的整个运行轨迹不就好了吗（图1.16）？

图1.16

话是这样说，可是当实验者试图使用设备观测光子的运行轨迹时，更诡异的事情发生了！这些被全程观测运行轨迹的光子，不再显示出波的特性。实验中记录光子落点的屏幕，也没有像我们想象中的那样，出现完美的干涉条纹。不管实验者发射多少光子，也不管一次只发射一个光子还是同时发射多个光子，记录光子落点的屏幕上显示的只是与两条缝隙大小一致的光直射图形 （图1.17）。这些被全程观测运行轨迹的光子，完全展现出了另外一种特性，即宏观世界中粒子的特性！

图1.17

只观测结果和只观测过程会展现出不同特性的奇怪现象，反映的就是量子力学中所称的波粒二象性。而那张波动的网，因为被观测了过程就失去了特定规律的诡异现象，被称为波函数坍缩。

为什么当实验者试图观测光子完整的运行轨迹和最终落点时，这张以特定规律波动的网就不存在了？就好像有一股神秘的力量在故意捉弄实验者，让实验者包括我们这些看客无所适从。

其实这一神奇的现象，也只是量子世界中诸多有悖于人类直觉的现象中的一种。至今物理学家们也只是拉开了量子世界这个神奇小屋的一道门缝，只看到了一点儿而已。

那些组成世间万物包括你和我的最小单元，它们的物理法则是极其“古怪”的。物质的行为轨迹存在与否都是概率。换句话说，假如将量子力学描述的微观世界的物理法则套用在我们人类身上，那么瞬移、穿墙、心灵感应等超能力都不在话下，甚至连时间都会成为叠加了过去、现在以及未来的混沌状态。