量子力学— 遂穿 . 纠缠 . 那只猫(之二)

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原创不易,盗版必究!作者,卜儿十二。

如果我们稍微改变双缝实验的设计,在狭缝后面装置探测器,专门探测光子通过的是哪一条狭缝,则干涉图样会完全消失,不再能观察到干涉图样。就好像这个光子能够发现这个探测器,觉得“你在看着我”,然后就不再相互干涉一般。这种反直觉的结果,使得物理学者感到非常困惑不解。没错,量子就是如此的不讲理。

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有物理学家就对此进行了一个简单的解释:光子在任何情况下通过任何一条狭缝的几率都是随机的。量子世界当中的“概率”就是一种绝绝对对的概率,并不是说我们对这个事件所做的研究和观测不够细致,量子世界就是完完全全的一个受概率支配的不讲理的世界。

有物理学者在这个实验的基础上提出了一个问题:如果光子是一个一个通过狭缝,那么会出现何种物理现象呢?1909 年,为了解答这个问题,杰弗里·泰勒爵士设计并且完成了一个很精致的双缝实验,他并没有把缝隙变得狭窄到只能通过一个光子,而是把光子发射器给改造成在任何时候每次最多发射一个光子。经过多次反复的实验后,他发现底片上仍会出现干涉条纹。

这说明了什么?光子竟可以自己与自己进行干涉!同样,杰弗里·泰勒爵士也对电子、中子、原子、分子做了相同的实验,结果证明这些东西也具有这样奇特的量子现象。

但这些仍然不是量子世界的全貌。

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                    遂穿

前面的那些仅仅是铺垫,现在,这篇文章才刚刚开始。

量子的双缝干涉实验指出了光子和电子具有波粒二象性,而德布罗意则认为甚至连宏观的物体也具有波粒二象性。其实这里应该再加入一个新概念“电子云”,如果有人问你:“一个原子中,电子在什么地方呢?”你就可以告诉他“在任何地方”,或者你就可以拿出电子云图,告诉他“这上面的每一个点都是这个电子”。

它在那,又不在那。

并不是说这个电子有分身术,可以变成几万个电子,它只能随机出现在一个地方,这个就叫做“波函数坍缩”。当无数个随机的点,突然确定到一个点的位置时,“波函数坍缩”就出现了,原先的每个点上出现电子的概率都是基本相同的,但是当“波函数坍缩”出现后,这个电子所在的点出现电子的概率就变成了百分之百,同时别的电子出现电子的概率就变成了零。电子随机出现并没有什么确定的轨道,而是直接凭空出现的。

真的,量子世界里的东西,如果按照我们在现实世界里的思路,是很难理解的。

那么这里我们就需要在加入一个新的概念,那就是一直被量子物理学家津津乐道的“势垒贯穿”,也叫做“隧穿效应”。

对于“隧穿”这个新名词,我们可以引用现实中的一个例子:一个人的面前有一堵墙,这堵墙叫做“势垒”。当这个人所含的能量小于势垒的时候,那么这道势垒就是无法逾越的。但是如果这个人所含的能量大于势垒,那么他就可以直接穿过这道势垒。其实就算这个人的能量小于势垒,他也具有一定的概率穿过这堵墙,这就是所谓的“隧穿效应”。

待续!

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本文作者是个刚上初一的小少年,简书里的所有文章都出自于他的原创作品,没有任何指导老师给予修改,虽然文笔不算多么精湛,但是孩子努力了,进步了,希望路过的老师们,叔叔阿姨们,哥哥姐姐们给孩子一个鼓励,激励他继续前行!点个小红心️可好!拜托了!在此感谢您!

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