我讀 «沙灘上的薛丁格,生活中的量子力學» 之楊氏干涉

在我們讀高中的時候, 若講到楊氏干涉也只是解釋了光有波動性. 不過在量子物理裡面, 電子也出現波動性.  既然前面說萬物都是波動了,  所以電子也有波動性也是見怪不怪. 這個聯結有動畫 [1].

[取材自 Note 1]

一顆電子也是波, 所以它可以 “同時” 通過雙縫. 這我也能接受了. 但厲害的地方是: 如果在雙縫後面放一個偵測器, 想要捕捉粒子到底是走左邊縫還是右邊縫通過, 那麼就只會出現粒子性, 而不會出現波的特性.反之, 不去偵測它, 比方說, 錄影就是非侵入性的觀察, 此時粒子群會顯示波的特性. 這個像什麼呢? 就像是一二三木頭人, 鬼不看的時候大家都在跑, 鬼一看大家就停了. 兩個都真相, 取決於看或是不看. 

但這些光子、電子有大腦嗎? 沒有啊? 它憑什麼改變特性呢? 1978 年美國物理學家約翰惠勒 (John Wheeler) 設計了一個實驗. 前面都是普通的楊氏雙縫. 但是在螢幕 (screen) 後面隱藏了 “粒子觀察中” 的驚喜攝影機. 等到粒子以為沒有人要觀察它, 悠閒地以波動方式通過雙縫之後….. Surprise! 螢幕抽走, 露出攝影機, 這樣既能記錄粒子通過哪一個縫隙, 又可以捕抓到波動了吧!

[取材自本書 P. 142]

很抱歉! 因為你還是偷看了, 所以只能看到粒子的特性, 看不到波的特性. 也就是只有一支偵測器會記錄到粒子. 兩隻都測到才是波. 當然偵測器要放在波峰的位置. 為何應該有波的特性, 卻在最後一刻變成粒子呢? 難道粒子有預知能力? 已經搜索過所有時空的可能性了嗎? …呃, 其實我不喜歡書上這種神神鬼鬼的說法.

以我個人的見解, 它本來就是波. 放了任何東西進去, 就是干涉. 因為干涉而使得偵測器看到的粒子性, 它就是波的集中表現. 沒有人說波一定要呈現周期性. 如果干涉使得原本的波像龜派氣功、真氣彈一樣集氣, 化為類似實體的粒子. 這個對漫畫迷都可以接受啊~~~ 本書有一句話帶到不被承認為理論的波耳的互補原理 (P.139) [2], 我覺得倒是很直覺. 粒子就是波的實體, 目前我這樣理解. 當然書上不是這樣說, 哈!

P. 144 提到, 畢竟測量儀器的粒子數量級比被觀察的光子或是電子大非常多, 所以本來應該有量子作用的場合, 被大把干涉物攪亂, 產生了去同調 (de-correspondance). 本來池塘裡只有一個小水波, 我們就看得出那是波. 假如千千萬萬個波同時發生, 波的效果就沒了. 這也可以解釋為何一觀察就變樣. 而去同調發生得太快, 所以對我們來說好像是不連續. 這個說法有一個 bug, 不管測量儀器哇猛哇大支, 跟粒子接觸的點也是只有差不多一個粒子大好不好. 要把去同調扯到整個儀器, 那儀器還放地板, 地板上在房子裡, 房子還在地球上咧. 所以這邊我看不懂.

當然, 我看這本書的目的不在於我學會怎麼解釋量子物理, 那是物理學家的事. 我想知道怎麼應用. 這本書算是幫我打了一個小小的基礎. 量子態的特性怎麼做成量子電腦、量子加密…這些是我未來看書的一個重點.

[Note]

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