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现在再用电子来做这个实验，因为电子是量子的，所以观察电子的双缝实验就能了解量子力学的本质。这个实验不是我做的，但是有人做了，所以这个实验结果是可以相信的，我来描述一下。因为电子是一个一个的，类似于子弹那样，所以我们用一把电子枪把电子扫射到背景探测屏上，中间再加上一块双缝金属片，不管怎么样像子弹一样，电子只能通过双缝到达背景探测屏。现在我们打开其中一条缝，关闭另一条，我们在探测器上得到一个电子概率分布图，同样我们关闭这条缝，再打开另一条，我们得到另一个电子分布概率图，这个结果和子弹做的实验一样，但是当我们同时打开两条缝时，奇怪的事发生了，我们看到了电子的干涉图像，就是跟水波的干涉图那样一条条的，如果把电子出现的几率幅看作水波的波幅的话，我们可以的到以下公式， P1=a1^2 P2=a2^2 P12=（a1+a2）^2 很明显P12≠P1+P2 所以结论就是电子具有波粒两相性，实际上量子的东西，比如原子，质子，中子都具有波粒两相性。 这个结果有什么用呢？考虑到电子和子弹一样是一个一个的，对于子弹我们知道，在双缝实验中，我们用摄像机拍下来，再放慢看，我们总归知道子弹究竟是从哪条缝过去的。同样我们在电子的双缝实验中，在两条缝后面加上一束光源，反正电子总归要从其中一条缝过去，这样我们就能看到那条缝出现一道闪光，于是我们就知道电子是通过哪条缝到达背景探测器的。实际结果也是这样，我们确实精确知道了电子究竟是从哪里通过，它要么从缝隙1通过，要么从缝隙2通过，这种废话有什么意思呢？关键是这时候回头看探测屏，电子的干涉图案不见了，变得和子弹的实验一样了。 实验告诉我们如果要测量电子的精确位置，就破坏了干涉图案。这个感觉很怪，就好像如果我们要测量电子的位置，我们就知道它在哪里，但是如果不去测，那我们就不知道它在哪里，这个跟经典物理的描述很不一样。 于是如果我们要描述一个电子的运动，我们只能说它出现在某处的概率是多少。在双缝实验中电子出现在某处的概率就是P=（a1+a2）^2 ，那么如果换成三缝实验呢，这个概率岂不是要变成P12=（a1+a2+a3）^2,如果加上越来越多的缝就要把这所有的概率都算上，除此之外还要考虑在从电子枪到测试屏之间加满这种很多缝的金属片，再把所有可能的路径都算上 P={|Σni=1（ai）|}^2(公式有点乱,因为格式的关系,不过无所谓,知道要加起来就行)，这些缝不断加上到最后就等于没有缝了，所以结论就是电子从某一点到某一点的路径是所有可能路径的求和，也就是说电子要同时从所有可能的路径上经过。所以海森堡不确定性原理实际上指出了量子的几率本质，不象我们宏观世界那样真实。 休息,休息一会 充气猫的签名档 发表于 2009-05-24 14:47:30 等我长大的时候[wuhoushanquan@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 13楼 好，加油 等我长大的时候的签名档 收礼就收中国心 IT社区——科学论坛——宇宙奥秘～欢迎你 发表于 2009-05-24 20:38:05 接近真理[hws3234@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 14楼 有几个问题，海岸线，随着涨潮落潮，随着每一个海浪都是有变化的，没必要精确测量，而人们也不会因比例尺的不同，测得的结果相差很大，是有一个大致的公认数据在那里的，而不想测出多大的结果，都可以测出来。 关于粒子运动，未什么假设必须用光呢？光测量结果，只是我们手段缺乏时的一个过度结果，而不能因此限制了技术的提高。过去没有显微镜，我们对小物体的认识是一个样，等到我们有光学显微镜，又是一个样，到电子显微镜，手段又提高一步，没有人下结论说肉眼看不到的，就看不清吧？ 接近真理的签名档 发表于 2009-05-25 12:42:49 充气猫[leesqiuqiu@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 15楼 不确定性原理有什么实际用处呢？现在来看看原子，大家知道卢瑟福的原子模型中，电子被带正电的原子核吸引象地球围绕太阳一样绕着原子核旋转，但是按照经典物理的描述这样的模型根本无法成立，因为电子绕圈运动实际上等于在不断朝原子核中心加速，根据电磁波理论，任何带电粒子在加速运动时会放出光，这样会导致电子在辐射中失去能量而坠落到原子核上。不过你还可以说根据广义相对论，电子是在被原子弯曲的空间上作绕圈运动的，且不管原子那么点质量能不能弯曲空间，当然你可以说也许电子的绕圈速度很慢。但是因为我们已经知道了电子的运动是几率性质的，所以实际上你也没办法说电子以什么速度在怎么样围绕原子核旋转。所以电子实际上是在轨道上做海森堡不确定性运动，这个轨道实际上是允许电子存在在这个区域的能级。电子在所处的这个能级上的波函数对应的是一个驻波，驻波的概念其实也告诉我们电子的轨道为什么是一个个能级这种形式的，关于能级怎么回事，以及电子是如何在原子上排列的暂时先不讲。先要看到电子实际上构成了原子表面，现在再回想前面提到的测量海岸线的问题，如果你一定要精确的话那么海岸线实际上最终是由一连串的原子连接而成的，你要测得精确的海岸线长度势必首先要能精确测量原子表面长度，但是我们已经知道你不可能精确测量到电子的运动位置，你只能根据前面讲的量子路径求和的方法测得电子的量子路径（因为电子走过的路径是它所有可能走过的路径的总和嘛），这样计算得到的量子路径是什么呢？对，它是一条分形曲线。于是现在你从根本上认识到了吧，物体的长度不是它本身的性质，没有一物体绝对长多少这种说法，所谓的长度只是由你测量的方法决定的。也就是说这个世界上根本没有绝对的东西，那都是由你的“看法”决定的。 目前为止，对量子的研究似乎已经剥夺了我们作为客观观察者的权利，由于我们本身也是世界的一部分，决定了我们无法探究世界的本质。那似乎让人觉得需要有上帝的存在，虽然人不能够探测世界的本质，但是世界的本质还是在那里存在的，上帝可以作为旁观者来决定一切，那似乎又回到宿命论了。难道我们的命运真的要靠上帝决定吗？ 为了进一步了解量子力学，我们再通过对偏振光的研究来了解量子是怎么回事。 充气猫的签名档 发表于 2009-05-25 19:24:08 云中的雨滴[fuyi@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 16楼 学习 云中的雨滴的签名档 发表于 2009-05-26 13:26:28 充气猫[leesqiuqiu@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 17楼 偏振光是怎么回事呢，根据麦克斯韦电磁学理论，光是一种电磁波，它的电场和磁场在垂直于运动方向的平面上交替震荡，现在只看电场的变化，电场可以在这个平面的任意方向上震荡，所以普通光就可以看作所有震荡方向电场的集合。偏振光就是只允许某一些特定震荡方向的光线。如图： 查看原图 充气猫的签名档 发表于 2009-05-26 15:46:32 充气猫[leesqiuqiu@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 18楼 我们到南极科考戴的雪地眼镜其实就是一种偏振镜，它只允许某些特定震荡方向的光通过，所以使得雪地反光大大减弱，这个貌似高中里都学过。现在做一个实验，我们使用一面垂直方向的偏振镜，一束普通光通过偏振镜后就变成了一束垂直偏振光，我们把它标记为V方向偏振光。如果我们在后面再放一块垂直偏振镜，那么很明显这束垂直方向V的偏振光可以通过第二块偏振镜。如果我们把第二块偏振镜转到水平方向（设为H方向），那么我们将看不到有任何光线通过第二块偏振镜，在第二块偏振镜旋转过程中，我们可以观察到光线是如何慢慢减弱知道完全没有的过程。从麦克斯韦电磁学角度，我们可以认为，偏振角度与垂直角度夹角为θ的偏振光可以分解为垂直方向V和水平方向H的两个偏振光分量的和。用电场矢量表示就是 Ψ=cosθ(V方向)+sinθ（H方向） 我们可以想到，如果把第一片偏振镜转到与垂直方向成θ夹角，我们就得到一个与垂直方向成θ夹角的偏振光，我们把第二块偏振镜调节为垂直方向，因为光强度和电场强度的平方成正比，所以通过第二块偏振镜的光强度就变为原来的（cosθ）^2 ，同样如果把第二块偏振镜调整为水平方向，那么通过第二块偏振镜的光强度就变为原来的（sinθ）^2 ，这个就可以很好的用数学方法解释调节两块偏振镜，看到的光的强度是如何发生变化的。要知道以上这个实验的结果也是公认的，所以不用怀疑，以下为图示： 查看原图 充气猫的签名档 发表于 2009-05-26 16:39:19 沉默的言语[hxc7272@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 19楼 不好意思，收藏了 沉默的言语的签名档 水惟善下能成海 山不争高自拯天 发表于 2009-05-26 17:27:15 充气猫[leesqiuqiu@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 20楼 上面介绍了用麦克斯韦经典电磁学对偏振光电场的描述，现在看看量子层面上怎么描述呢？在微观角度，一束光应该是由一群光子组成的能量流，那么光强度的变化应该看作是通过偏振片的光子数占总光子数的比例。现在再来考虑我们前面的实验，普通光我们可以看作各个方向震荡的光子的集合，当我们放了一个与垂直方向呈θ夹角的偏振镜时，我们可以说只有那些以θ角震荡的光子通过了偏振镜，那么我们现在得到的应该都是θ角震荡的光子了，显然他们只能通过呈θ角摆放的偏振镜，但是实际上我们把第二片偏振镜摆放在垂直位置还是可以看到光透过，只不过强度变化了。注意这种情况我们即使让光子一个一个通过也是一样的，我们不能绝对说哪个光子可以通过，我们只能说光子有（cosθ）^2的几率通过偏振镜，有（sinθ）^2 的几率不能通过。于是通过第一个偏振镜的单个光子似乎是由一个V方向的量子态和一个H方向的量子态同时叠加而成，这个就叫量子叠加态，薛定谔的猫的试验里就要用到这个。 其实这时候已经可以想到了，如果我们假设这个角度θ是45度，那么光子通过垂直放置或者水平放置的偏振镜的概率就是50%，那么我们如果把第二块偏振镜设为45度呢，那么我们说光子100%可以通过，同样如果把第二块偏振镜设为135度，那么光子通过的可能性为零。如果我们因此说以45度角入射的光不可能通过135度角摆放的偏振镜，那么我们可以把第二块偏振镜设为垂直方向，现在我们可以得到一束垂直的光子，这个时候很明显如果我们加上第三块偏振镜，我们只能说光子不能通过水平方向摆放的偏振镜，这个时候135度角的光子也能通过了，那么我们还能说之前的光子是45度偏振方向的吗？现在看清楚了了没有，光子的量子叠加态根本没必要非得是某几个特定方向的，它可以处在所有可能的态上，检测以前我们不能确定它的偏振方向，但是我们去检测时，我们的检测破坏了光子的叠加态，使它坍塌到其中的一种偏振态，但是我们再换个角度检测这个偏振光，我们又得到了另一种偏振光，这种情况下与其说我们是在测量光子的偏振状态还不如说我们是在制造光子的偏振状态。 如果说通过对电子的研究我们发现我们无法对量子的东西进行精确测量，我们的测量会破坏掉被测量的东西。那么我们对光子进行研究得出了一个更加不可思议的结论，那就是我们对量子的测量不仅破坏了被测量的东西，而且还生成了被测量的东西。所以尼尔斯。波尔认为量子力学应该被当成一本烹饪书里的一份菜单。这个什么意思呢，就是量子力学只能让你点菜，而不能告诉你菜是怎么做出来的。海森堡也认为量子世界是不真实的。 在我看来世界的本质就是一锅粥，包含了所有的可能性，充满了变数，因此是不真实的，量子力学就是发现了可以通过从这锅粥中极性化其中的一些特性，从而生成清晰的事物。也许整个宇宙也是这样，太初的时候充满了所有的可能性和维数因此它是一片混沌，后来发生了类似量子力学中测量的事情，使得宇宙在某些方面的可能性极性化了，因此产生了现在看到的世界。不管怎么说，如果量子力学是正确的话，我们不用再担心宿命了，也不用依靠上帝了，即使上帝存在，我们也可以依靠自己，从宇宙的无穷可能性粥中用量子力学来创造我们自己的世界了。 充气猫的签名档 发表于 2009-05-26 18:50:10 充气猫[leesqiuqiu@sohu] [加为好友] [传小纸条] [送礼物] [回复] [加入个人文集] [投诉] 21楼 写到这里已经把我的观点讲出来了,照理还有很多东西,比如爱因斯坦不相信这个量子力学,所以提出ERP佯谬,后来通过贝尔不等式证明了量子力学是正确的,这里面就有量子纠缠的事情.不过好象是没多少人想看嘛,还是我哪里写的不对,总之连拍砖的也只有一个,真是冷清啊,大大影响了我写作的情绪,我这可不是转贴啊,自己写很辛苦哦.所以暂停了,等到有更多人愿意讨论再听下回分解.
