雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：平行宇宙或許存在，科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)揭開(kāi)神秘面紗

來(lái)源：探秘志(etobicokeinsurance.com) 時(shí)間：2023年12月22日編輯：糖糖手機(jī)版

在無(wú)垠的宇宙中，隱藏著無(wú)數(shù)個(gè)神秘的領(lǐng)域，其中一個(gè)引發(fā)了人類(lèi)無(wú)盡的好奇心和想象力——平行宇宙。平行宇宙是一種超越我們熟知的現(xiàn)實(shí)的存在，它們與我們的宇宙共同存在，但卻在不同的維度和時(shí)間軌跡中演繹著獨(dú)立而多樣化的故事。

當(dāng)我們想象平行宇宙時(shí)，我們不禁思考著這個(gè)世界的不同可能性。也許在某個(gè)平行宇宙里，地球上的歷史發(fā)展出了不同的軌跡，一切都與我們所熟知的完全不同。在另一個(gè)平行宇宙里，科技的進(jìn)步可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了我們的想象，給人類(lèi)帶來(lái)了前所未有的奇跡。還有一些平行宇宙，可能與我們的宇宙相似，但微小的變化卻引發(fā)了巨大的影響，讓我們的生活產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。

平行宇宙的概念早在科學(xué)與哲學(xué)的交匯點(diǎn)上就有所探討。量子力學(xué)中的多世界理論就是其中之一，它提出了宇宙的分支結(jié)構(gòu)，每個(gè)分支代表一個(gè)可能的現(xiàn)實(shí)。這種理論認(rèn)為，在每個(gè)瞬間，宇宙會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)分支，每個(gè)分支都是一個(gè)平行宇宙的誕生。

盡管平行宇宙仍然屬于科學(xué)界的探索領(lǐng)域，但它已經(jīng)成為文學(xué)、電影和藝術(shù)作品的常見(jiàn)主題。從《時(shí)間機(jī)器》到《黑鏡》，從《星際穿越》到《終結(jié)者》，平行宇宙的概念為我們提供了無(wú)限的創(chuàng)作空間，讓我們思考和質(zhì)疑現(xiàn)實(shí)世界的本質(zhì)。

然而平行宇宙真的存在嗎？物理學(xué)家們?cè)M(jìn)行過(guò)離奇的雙縫實(shí)驗(yàn)，或許揭示了平行宇宙的存在。

光微粒說(shuō)與光波動(dòng)說(shuō)

18到19世紀(jì)，關(guān)于光到底是以粒子還是波動(dòng)的形式傳播的爭(zhēng)議很大。在17世紀(jì)，牛頓提出了他的光學(xué)理論，認(rèn)為光是由微小的粒子（被稱(chēng)為光子或光線）組成，這些粒子以直線的方式傳播。根據(jù)牛頓的觀點(diǎn)，光的顏色是由這些微小粒子的屬性決定的，不同顏色的光對(duì)應(yīng)著不同類(lèi)型的粒子。牛頓通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)和推理來(lái)支持他的粒子理論。其中包括他的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，比如將白光通過(guò)一個(gè)棱鏡，產(chǎn)生了光的分散現(xiàn)象，形成彩虹色譜。他還提出了粒子理論來(lái)解釋光的反射、折射和干涉等現(xiàn)象。

然而英國(guó)科學(xué)家托馬斯·楊認(rèn)為光是像聲音一樣以波的形式傳播。為了證明這一點(diǎn)，托馬斯·楊設(shè)計(jì)了著名的雙縫實(shí)驗(yàn)，希望能夠觀察到光的干涉現(xiàn)象，從而支持光的波動(dòng)理論。

他在一個(gè)不透明的隔板上，開(kāi)了兩個(gè)非常細(xì)小的狹縫，使光能夠通過(guò)。光源照射在這個(gè)隔板上，然后在隔板后面放置一個(gè)接收屏幕。當(dāng)光通過(guò)兩個(gè)狹縫后，就會(huì)在屏幕上形成圖樣。如果光束是由經(jīng)典粒子組成，那么屏幕上就會(huì)顯示兩條對(duì)應(yīng)縫隙形狀和大小的單縫圖樣總和；然而事實(shí)上光通過(guò)兩個(gè)狹縫后會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)一系列明暗相間的條紋。這種情況是因?yàn)楣庠趥鞑ブ�，像是水波一樣產(chǎn)生了互相干擾，這證明了光其實(shí)是以波的形式存在的。在此之后，光微粒說(shuō)逐漸式微，直到1905年愛(ài)因斯坦在光電效應(yīng)理論上的突破。

光的波粒二象性

在光電效應(yīng)中，金屬表面受到光照射后，會(huì)發(fā)射出電子。根據(jù)傳統(tǒng)的波動(dòng)理論，預(yù)期光的能量會(huì)被連續(xù)地傳遞給金屬中的電子，直到電子獲得足夠的能量才能從金屬表面解脫。然而，實(shí)際觀察到的現(xiàn)象是，當(dāng)光照射的頻率高于某個(gè)閾值（稱(chēng)為截止頻率）時(shí)，電子會(huì)立即發(fā)射出來(lái)，即使照射光的強(qiáng)度很低。這是與波動(dòng)理論不符的。

愛(ài)因斯坦提出的解釋是，光的能量是由一系列離散的能量單元組成的，這些能量單元被稱(chēng)為光子。光子具有粒子性質(zhì)，每個(gè)光子攜帶一定的能量，與光的頻率成正比。當(dāng)光照射到金屬時(shí)，光子與金屬中的電子發(fā)生相互作用，將能量轉(zhuǎn)移給電子。只有當(dāng)光子的能量大于金屬中電子的束縛能時(shí)，電子才能被解脫出來(lái)。

這個(gè)理論突破揭示了光的粒子性質(zhì)，并解釋了光電效應(yīng)的觀察結(jié)果。它對(duì)于量子力學(xué)的發(fā)展和對(duì)光的本質(zhì)的理解產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在愛(ài)因斯坦的解釋中，光既可以解釋為粒子（光子），也可以解釋為波動(dòng)（波動(dòng)性質(zhì)的干涉和衍射現(xiàn)象），光具有波粒二象性。

離奇的雙縫實(shí)驗(yàn)

在知道光具有波粒二象性后，科學(xué)家們對(duì)雙縫實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了升級(jí)。在傳統(tǒng)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)我們不對(duì)光子進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，光通過(guò)兩個(gè)狹縫形成干涉條紋。這是因?yàn)楣獗灰暈椴▌?dòng)性粒子，

同時(shí)通過(guò)兩個(gè)狹縫后，在接收屏幕上產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，形成明暗相間的條紋。

為了監(jiān)測(cè)光子到底通過(guò)了哪個(gè)縫隙，科學(xué)家們加裝了能檢測(cè)光子的探測(cè)器，這時(shí)離奇的事情發(fā)生了。在接收屏幕上我們只會(huì)看到光點(diǎn)的分布，而不再觀察到明暗相間的干涉條紋。起初科學(xué)家們以為是實(shí)驗(yàn)設(shè)備處了問(wèn)題，但更換實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并重復(fù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)后都是這個(gè)結(jié)果。這個(gè)變體實(shí)驗(yàn)引發(fā)了一個(gè)重要的問(wèn)題，即觀察者的選擇是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察者的選擇并不會(huì)改變光子通過(guò)的具體狹縫，也無(wú)法預(yù)測(cè)光子在探測(cè)屏上的具體位置。這些結(jié)果是完全隨機(jī)的，無(wú)法被觀察者的選擇所操控。但事實(shí)是當(dāng)我們觀測(cè)或測(cè)量量子系統(tǒng)時(shí)，我們的觀測(cè)行為會(huì)干擾到系統(tǒng)自身的狀態(tài)。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)光子的行為改變了光子的傳播方式，從而影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就好像光子“察覺(jué)”到了人的監(jiān)視，從而呈現(xiàn)出了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

平行世界的存在

1909年，杰弗里·泰勒爵士設(shè)計(jì)了一個(gè)精致的雙縫實(shí)驗(yàn)，他使用極弱的光源使得每次只有一個(gè)光子通過(guò)雙縫。結(jié)果屏幕上依舊顯示出干涉圖樣（明暗相間的條紋），這顯示出這個(gè)光子具有自己干涉自己的能力，它似乎能夠同時(shí)通過(guò)兩個(gè)狹縫。后來(lái)人們繼續(xù)用單電子做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電子、中子、原子、甚至分子，都具有這種不確定性和隨機(jī)性，人們稱(chēng)其為量子態(tài)。

物理學(xué)家們又仿照之前的實(shí)驗(yàn)，試圖通過(guò)儀器測(cè)定電子究竟通過(guò)了哪條縫。結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一時(shí)間永遠(yuǎn)都只有一個(gè)儀器偵測(cè)到電子，而且屏幕上也不再顯示出干涉圖樣。

為此，物理學(xué)家尼爾斯·玻爾提出了著名的“哥本哈根解釋”：當(dāng)我們沒(méi)有觀測(cè)時(shí)，量子粒子（如電子）可以通過(guò)兩個(gè)縫隙同時(shí)存在的概率幅分布。這意味著粒子的量子態(tài)是一個(gè)疊加態(tài)，包含了通過(guò)每個(gè)縫隙的概率幅。然而，當(dāng)我們進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，例如放置一個(gè)檢測(cè)器來(lái)確定粒子通過(guò)哪個(gè)縫隙時(shí)，量子系統(tǒng)會(huì)發(fā)生量子坍縮，從而確定粒子的位置。這意味著粒子坍縮到一個(gè)確定的狀態(tài)上，只通過(guò)其中一個(gè)縫隙。觀測(cè)的過(guò)程會(huì)與量子系統(tǒng)相互作用，引起量子態(tài)的坍縮。

另一個(gè)著名物理學(xué)家埃弗雷特則為此提出了著名的多世界解釋?zhuān)?dāng)我們對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)或測(cè)量時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)的坍縮。相反，系統(tǒng)的量子態(tài)會(huì)分裂成多個(gè)并行的分支，每個(gè)分支代表一種可能的測(cè)量結(jié)果。換句話說(shuō)，觀測(cè)過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致唯一的結(jié)果，而是在不同的分支中產(chǎn)生不同的結(jié)果。

在多世界解釋中，每個(gè)分支都代表一個(gè)"世界"或"實(shí)體"，這些世界在觀測(cè)過(guò)程中同時(shí)存在，但彼此相互分離。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是電子在通過(guò)雙縫后，實(shí)際上分成了兩個(gè)世界，一個(gè)世界只能觀察到它通過(guò)左邊狹縫，而另一個(gè)世界則只能觀察到它通過(guò)右邊的狹縫。薛定諤的貓也是同理，世界因?yàn)橛^察分成了兩個(gè)，一個(gè)是原子衰變貓死了的世界，另一個(gè)是原子沒(méi)有衰變，貓還活著。

結(jié)語(yǔ)

雙縫實(shí)驗(yàn)堪稱(chēng)世上最離奇的實(shí)驗(yàn)，它測(cè)量出的量子特性暗示著平行宇宙的存在，極大地改變了我們尋常的認(rèn)知�；蛟S在世界上真有無(wú)數(shù)個(gè)平行世界，也有無(wú)數(shù)個(gè)“我們”。