在網絡里流傳著這么一個關于量子力學的神話：我們的意識決定了微觀粒子的行為，甚至決定了物理世界的客觀實在性。這是真的嗎？這篇文章將為你破除這個神話，回復科學的本來面目。這一切都要從一個實驗說起。

緣起——光的微粒說與波動說之爭

從牛頓時代開始，光的性質問題就在科學界引起了爭論，當時科學界有兩種截然不同的觀點，一種觀點是牛頓所認為的光是微粒，另一種觀點是胡克、惠更斯等人所認為的光是波。由于牛頓在物理學界統治性的地位和威望，使他的光微粒說蓋過了光波動說，成為此后一百年科學界的主流觀點。

直到牛頓《光學》發表一百年后的1801年，英國科學家托馬斯·楊以一個實驗逆轉了這種形勢，使光波動說再度復活，甚至成為了主流，這個實驗就是——雙縫干涉實驗！

光波動說的有力證明——雙縫干涉實驗

雙縫干涉實驗是從單縫衍射實驗衍生出來的，讓一束光經過相距很近的兩條狹縫后，投射到縫后的屏幕上，一般來說，當光經過一條豎著的狹縫時，會發生衍射——光繞過障礙物彎散傳播的現象，在屏幕上看到的并不是一條豎著的亮紋，而是一條橫著的亮帶。（如下圖上部分）這種現象早在17世紀就被意大利耶穌會神父弗朗切斯科·馬里亞·格里馬爾迪發現，并把它命名為衍射。

而當兩條縫的亮帶在屏幕后重疊時，理論上應該會顯示一條更亮的光帶，但神奇的事情發生了，最終在屏幕上顯示的卻是一條條明暗相間的條紋……（如下圖下部分）

這是一件很詭異的事情，因為在這些條紋的暗紋上，原來應該是有光的，但當兩條縫的光重疊后，那些位置卻變成了沒有光。這種現象用牛頓的微粒說似乎無法解釋，托馬斯·楊從水波的干涉里得到啟發，提出光是一種波，暗紋是光波互相干涉產生的。

光微粒說復活——愛因斯坦的光電效應

人類對宇宙的認知革命永遠是由極少數天才推動的。在雙縫干涉實驗證明光的波動說后又過了一百年，一位天才再次刷新了人們對光的認知，這位天才就是二十世紀最偉大的物理學家愛因斯坦。

1905年，物理學博士剛畢業，還是專利局小職員的愛因斯坦發表題為《關于光的發射和轉化的啟發式觀點 》的論文，以光作為能量子即光量子的形式解釋了光電效應現象。這一開創性的理論使他獲得了1921年度的諾貝爾物理學獎。

粒子與波的探究——單光子雙縫實驗

光量子的提出使光微粒說再度復活，但問題隨之而來：光究竟是粒子還是波？兩種形式都有實驗證據，似乎兩個都對。但是問題又來了，波和粒子是兩種截然不同的特性，光在什么情況下會表現出波的特性？什么情況下又會表現出粒子的特性？

光量子假說提出四年后，一位英國的物理研究生杰弗里·泰勒設計了一個弱光雙縫實驗，他利用熏黑的玻璃極大限度地降低了光源的亮度，直到理論上在光源與屏幕之間任意時刻最多只有一個光子經過，然后利用照相機的感光膠片超長時間的曝光，記錄下了經過雙縫的光。

當照片沖印出來，神奇的一幕出現了，即使光子一個個地通過雙縫，最后曝光的照片里依然出現了清晰的明暗干涉條紋。

這意味著即使只有一個光子通過雙縫，依然產生了干涉，那究竟光子跟誰干涉？似乎只能有一種解釋：光子跟自己干涉了。

奇怪的物理——光的波粒二象性

這個問題直到10多年后才被法國科學家德布羅意解決。他在其物理學博士論文中提出了波粒二象性，他指出不單光子，所有的微觀粒子都同時具有波的特性，他稱之為物質波。物質波理論預言了單個電子過雙縫也能產生干涉條紋。

光波什么時候成為粒子？

在確定了光的波粒二象性后，一個問題橫梗在科學家面前：光波是什么時候成為粒子的？

一個顯而易見的事實是：在所有的實驗里，光最終都是以粒子的形式呈現的！比如在光電效應里轟出電子，在曝光不足的照片里呈現的也是一些零星的光點，所以答案顯而易見：光在被觀察到的時候是個粒子。也就是觀測使波成為了粒子？如果測量發生得更早又會如何？科學家決定升級雙縫干涉實驗——測量粒子通過哪一條縫。

科普書里的神話——你一看，干涉條紋就消失……

很多人看到科普里關于雙縫干涉觀測實驗的描述都是這種近乎神話的故事，有的故事里用攝像機拍攝，有的故事里更干脆，直接拿眼睛看。這些描述顯然并非事實，只是一些虛構的思想實驗，現在看來，這些思想實驗有極大的誤導性。

直接觀察并不會導致干涉條紋消失！無論是用眼睛看還是用攝像機拍都不會！

揭秘——觀測導致干涉條紋并不詭異

跟很多人的想象可能不一樣，科學家實際上并不是被觀察干涉就消失的實驗結果嚇到，而是這結果造就在他們的預料當中。科學家實際要進行的不是觀察，而是測量！

他們要測量粒子是從哪一條縫通過，怎么測量？以光子為例，沒有任何方式在不干擾光子的情況下從側面看到光子，因此測量的方式實際上就是讓光子僅能從其中一條縫通過……比如在其中一條縫上放一個垂直偏振鏡，這樣，所有水平偏振的光子就都不能從這條縫經過……

看到這里聰明的你一定已經發現貓膩了，這特么就是讓光只能從其中一條縫經過啊？這不就相當于過單縫了嗎？前面我們說過光子是跟自己干涉的，現在光子只能穿過其中一條縫，還跟誰干涉去？……

真正詭異的是什么？

綜上分析，觀測導致干涉條紋消失并不詭異，但這并不表示量子力學就不詭異了！量子力學真正詭異之處在于微觀粒子在被觀測到之前所處的“波”態！這個波的狀態被稱為疊加態，量子力學真正詭異的地方就在這個疊加態！但這已經不是這篇文章要討論的范圍了，我們以后有機會再說說疊加態。

下一篇文章我會介紹另一個科學神話——延遲選擇實驗！現在真能改變過去？敬請關注。

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