在20世纪20年代的中叶,位于美国的新泽西州,贝尔实验室正进行着一项具有颠覆性的实验。实验的结果彻底颠覆了人们对电子特性的传统理解。一直以来,人们都将电子视作微小的物质实体,微粒状且固态,仿佛是微缩版的台球。
在进行的实验中,研究人员将电子对准晶体发射,意图探究其散布的模式。这就如同用一束密集的电子流——电子枪,对着设有双缝的屏幕发射,电子穿过双缝后,打在后面的接收屏幕上。
但实验的结果却让整个物理学界为之震动。贝尔实验室的发现指出,电子竟然展现出了波动的属性。长期以来,光被认为是波动,却展现出粒子的特性;而电子一向被视为粒子,现在却显示出波动的特质。
令人费解的是,电子的波动属性并非由一大束电子造成,而是每一次仅发射一个电子时也会出现。一开始,每个电子似乎在屏幕上随意散布,但随着时间的推移,一个个分散的点逐渐形成波动状的条纹。
若要更深入地探讨这一奇异现象,那就得说每次仅发射一个电子,但每一个电子都能独自形成波动条纹。这似乎意味着每一个电子个体都具有波动性!
为了解释这一让人困惑的实验现象,尼尔斯·玻尔和他的研究团队提出了量子力学,这一理论描述了光与物质的行为,虽然充斥着看似矛盾的观点,却并不追求被普罗大众所理解。玻尔曾言,所有被量子力学震惊的人,都未能真正理解它。
根据量子力学的描述,我们不能用传统的方式去描述穿过缝隙的物体,只能说电子以一种概率波的形式穿越双缝,并产生干涉现象,如同水面的波动一般。当电子抵达屏幕时,原本充满不确定性的电子,突然变成了确定的实体。
可以这样比喻:假设你旋转一枚硬币,在硬币尚未停止旋转之前,我们无法预知它是正面朝上还是背面朝上。但当你按下硬币,迫使它作出选择,结果只能是正面或背面的其中之一。电子的状态也是如此,在观测之前,它似乎是所有可能状态的混合,但一旦观测,它就确定了某个状态。
换句话说,硬币在旋转时可能同时处于正反两种状态,电子也是如此,它以概率波的形式同时穿过两个缝隙,直到到达屏幕并变为粒子状态。量子的世界与我们日常所见截然不同,任何形容词都不足以描述其奇异之处。
玻尔进一步宣称,在未进行测量前,我们无法得知电子的精确位置,更令人惊讶的是,电子似乎在所有地方同时存在!
请记住,电子是构成我们现实世界最基本的元素。然而,玻尔却提出,只有通过观测,我们才能确定电子的真实位置。在量子世界与我们之间的帷幕背后,没有确定的事物,只有潜在的可能性。只有当我们掀开帷幕进行观测时,事物才变得真实。这就是著名的哥本哈根解释。
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