量子就是微观世界的粒子,比如原子、电子、分子、质子和光子(光的粒子),量子理论就是研究这些粒子运动规律的理论。
量子比光还调皮,光速至少是确定的,但是量子的状态是不确定的,科学家们一直想确定量子到底是以粒子的形态存在,还是以波的形态存在。粒子和波的差别还是很大的,粒子是离散的,两个粒子相撞会互相弹开,而波是连续的,你可以想象一下水波是什么样子的,两个波相遇可能会互相加强、抵消甚至互不干扰。
科学家们为了量子的形态,做了一个实验,实验装置如下图所示:
最左边是一个能发射电子的电子枪,电子穿过中间障碍物的缝隙,最终到达对面的相纸上,如果相纸上的图案是一个一个离散的点,就说明电子是以粒子形式存在的。
如果相纸上的呈现出来的是交替分布的亮带和暗带(亮带表示的是两列波相互叠加,而暗带则表示了两列波相互抵消。),就说明电子是以波的形式存在的。
科学家们根据这个设想做了个实验(著名的双缝实验),实验的结果表面电子是以波的形式存在的。
本来到这里实验就结束了,但是科学家们型血来潮,在这个实验里又加了两个被动的“暗中观察”的电子检测器,如下图所示:
电子检测器的作用很简单,当有电子击中它的时候,它就会有反应。加上这两个电子检测器之后,神奇的事情发生了,相纸上的图案变成了粒子形式的图案!
科学家们继续在这两个电子检测器上加了开关,更神奇的事情发生了,打开开关,电子就是粒子形态,关上开关,电子就变成了波形态。
后来科学家们又做了无数实验,都证明了量子的波粒二象性,它们有时是波,有时候是粒子,我们只要在观测它们的形态时,它们的形态才是确定的。
薛定谔同学为了把微观世界的不确定性带到宏观世界,发明了薛定谔的猫这个有名的思想实验(要注意的是这只是一个思想实验,并不是真实的虐猫实验),薛定谔的猫处在非生非死,又生又死的叠加态,只有当你看到这只猫时,才知道只猫的状态。
量子理论让我再次感叹我们到底生活在怎么样的世界里 ?!