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电子双缝干涉实验,令科学家无比惊愕而困惑,前沿理论再解答

亲爱的读者,为了解释这个困绕无数人、惊掉人下巴的电子双缝干涉延迟实验,我们必须先从四个实验谈起,步步分析。

第一个实验:光的双缝干涉实验

在中学课本上就有的叫杨氏双缝干涉实验,就是把光源放在一张开了一个小孔的纸片前,然后在后面再放一张开了两道平行狭缝的纸片。

光从第一张纸片的小孔中射入,再穿过后面纸片的两道狭缝,然后投到屏幕上,这样会形成一系列明、暗相间的条纹,这就是光的双缝干涉现象。

这个实验在物理学史上是一个闻名而经典的实验,撼动了牛顿长达一百多年光粒子学说的统治,是光的波动学说被再次确认的有力证明,所以意义非同凡响。

直到爱因斯坦的光量子理论被认可,光的粒子学说才再次翻身,从此,光既有波性,又有粒子属性的波粒二象性,最终被物理学确定下来。

第二个实验:电子双缝干涉实验

随着量子物理的诞生,人们深入到了粒子世界,物理学家们把光的双缝干涉实验由光粒子变成了电子,重复这这个实验。

物理学家把电子束从前木板的小孔中射入,让电子概率性的穿过孔后的双缝板,最后落入到后面的屏幕上,通过不断的重复射入电子,屏幕上也出现了同光一样的双缝干涉现象。

电子双缝实验同样具有非凡的意义,这说明了电子,包括其它粒子在内,都与光一样具有双缝干涉现象,这表明粒子也具有波性,粒子也具有波粒二象性,这是量子物理的一次颠覆性认识。

第三个实验:单电子双缝干涉实验

物理学家想不明白的是:电子是真正的实体粒子,为什么会具有波性呢?是不是因为射出的一束电子里,含有多个电子,电子会互相干扰,因此产生了干涉现象?

如果上述推理正确,那么实验时,一次只射出一个电子,就应该不会再发生干涉现象。

可是,奇迹发生了,人们在实验中,确保一次只发射一个电子,可最后还是出现了干涉现象。

这怎么解释?单个的电子又与谁发生了干涉?难道电子有分身术?一个电子怎么可以同时进入两个缝隙而发生干涉呢?这也太困惑了!

这个实验引发了量子物理的大地震,以波尔为首的哥本哈根派和以爱因斯坦、薛定谔为首的一派为此长期争论。

波尔和海森堡为首的哥本哈根学派们认为:粒子具有波粒二象性,而且粒子性和波性处于叠加态,就是说粒子在某个时刻的特征态既是粒子,也是波,具有概率叠加态。

这种解释如果扩大到宏观世界里的意思就是:“是这个样子,又不是这个样子”,“ 你走了又还在”,就是这种毫无逻辑的解释。

这种解释当然无法让人接受。

这也包括爱因斯坦在内,他坚信大自然一定有一种规律在支配,确信“上帝不会掷骰子”。

同样持反对态度的物理学家薛定谔,更是提出“薛定谔的猫”的思想实验,认为这就好比在说:“一只猫死了又活着”一样的荒唐。

但波尔们坚持认为:粒子世界就是不确定性、概率性的叠加态的存在,确实有别于宏观世界的荒唐,粒子遵守波函数的概率规律,观察会导致波涵数坍缩。

后来的无数实验验证,支持着哥本哈根派们,他们取得了争论的暂时胜利,建立起了量子理论的大厦。

第四个实验:单电子双缝干涉延迟实验

问题到此还没有完,粒子世界更玄、更颠覆常识的实验还在后头,这不仅令物理学家们感到更疑惑,还令普通人感到恐惧。

这就是单电子双缝干涉延迟实验。

在单电子双缝干涉实验中,为了排除外界干扰,选择在封闭的真空盒内进行,所以无法观察到单个电子是如何通过小孔穿入双缝,然后再投放到屏幕上的?

为了观察到这一点,实验时在盒内装上摄像镜头,以此拍摄单个的电子是如何同时穿过双缝而形成干涉。

但匪夷所思的奇迹却发生了,干涉条纹却没有了,取出摄像镜头再实验,干涉条纹又有了,反复都如此,不论谁做,在什么地方做,结果都一样。

人们把这个实验结果叫做电子双缝干涉延迟实验。

第五个问题:诡异实验的疑惑

电子双缝干涉就象羞涩的少女,根本不让你看,它似乎有意识和眼睛,只要你在看她,她就可以觉察,就会表现出不同的结果。

对于这种令人思维停止的实验结果,所有人都摇头不解,有人还设想粒子确实具有意识,是意识在支配人的行为,唯心理论都诞生了。

不过,请相信,科学是漫长曲折的,今天的不懂和疑惑,将来一定不再。

从光的双缝干涉实验开始,最初的实验者托马斯-扬做完实验,也是不解,当他意识到这是光的波性,并对外宣称时,因为撼动了牛顿权威的光粒子学说,被人嘲笑和排挤。

直到20年后泊松亮斑实验,证明光的衍射现象,牛顿的光粒子学说才被推翻。

泊松亮斑

100年后,爱因斯坦的光量子理论被确定,光的波粒二象性才进入教科书,看来科学道路确实是曲折漫长。

那么现在,对于单电子双缝干涉实验,尤其是电子双缝干涉延迟实验,几乎没有一个明确而完美的解答。

如果你学量子理论,老师会说,量子理论你会算就行,不要问为什么,因为老师也没法解答。

量子物理的权威费曼就说:“没有人真正懂得量子理论”。

当然,疑惑摆在那儿,不是不问就没疑惑了,无数的学者创立了各种学说,试图解释,但到目前为止,都不是很完美。

下面,我们例举一个最有说服力的前沿理论的解说版本,在此仅供参考讨论。

第六解答:新理论的解释

这个新理论解释双缝干涉实验,基于两个基本原理:

第一原理:光的本质理论

这一新理论认为:

光的单个粒子在自然界有三种状态形式:

第一种状态形式:存在于光源或辐射源中。处于光速振动态,叫动态光粒子,它具有光速动能,

第二种状态形式:普遍存在于粒子或物体中,也独立于磁场内,叫磁粒子,它保持绕一核心自转和周转的运动状态,且自转和周转动能之和等于光速动能,

第三种状态形式:处于静止状态,没有能量,充斥于宇宙粒子的所有空隙。

这一理论强调认为:静态光粒子就是光的传播介质,没有介质的波是不可能存在和传播,也是不符合物理定律,

脱离介质分析光的波粒二象性,是违背基本常识的物理错误。否定光的介质和“以太”学说,本身就是遗憾。

光粒子三态

这一新理论认为:

光的三种形态的单个粒子,质量是相等的,但能量是不相同的。

若设E0为光的单个粒子的能量,m0是质量,V1为磁粒子的自转速度,V2为周转速度,C为光速,则:

震动态光粒子的能量式:

E0=1/2m0C^2 (1)

磁粒子基态能量式:

E0=1/2m0(V1^2+V2^2)=1/2m0C^2 (2)

磁粒子激态能量式:

Ej=1/2m0(V1^2+V2^2)=m0C^2 (3)

静态光粒子是没有能量的,处于完全静止状态。但能攫取也只能攫取所有等于光速动能的能量,让自身转变为具有光速动能的震动态光粒子。

磁粒子

这一新理论进一步确认;

光的三种状态可以互相转化,产生光的各种现象,构成光的本质特性。

1、光源的本质与质能方程

磁粒子在一般情况下处于基态能,即自转和周转的动能之和等于光速动能;

但获取能量后, 由基态变成激态,即自转和周转的动能之和等于2倍光速动能。

此时,充斥于空间的静态光粒子就能迅速攫取磁粒子激态能,周围的静态光粒子被转化为震动态光粒子,聚集于磁场或物体周围,即形成了光源。

磁粒子因为释放了一半的能量,重新回到基态形式,并保持稳定状态。

磁粒子的这一特性,使得磁粒子具有良好的稳定性,因此成为粒子的最小结构单位,构成了相对稳定的物体内粒子和磁场。

磁粒子的自转和周转的动能之和等于光速动能的特性,也是磁场和粒子内能的贮藏形式和能量来源,同时也是解说爱因斯坦的质能方程起源和本质的基本原理。

质能方程

2、波粒二象性与光速极限原理

光波:光源里的震动态光粒子与充斥空间的静态光粒子不断互化,传递能量而形成光源的光速位移,实质是光粒子的震动态的光速能量传播,而不是光粒子在空间方向的直线移动。

宇宙物体和粒子都是浸没在以静态光粒子为实质的大海里,一切具有辐射源性质的物体或粒子,都将激活和扰动静态光粒子而产生光波现象,这与水波具有相似的原理。

由于光波的光源和介质都是光的单个粒子本身,所以在光波路径上的任意一点,都表现出光的波性和粒子属性,这就是光的波粒二像性。

一切浸没在以静态光粒子为实质大海里的物体或粒子,只要出现光速动能,就会被静态光粒子攫取,形成光的能量波,向外不断的传递和释放能量,使得自然界的物体和粒子速度都无法超越光速,这就是光速的极限原理。

波粒二象性

3、电子双缝干涉实验的解说:

以静态光粒子为实质的宇宙大海,对于光的波粒二象性可以得到完美的解释,那么,对于光的双缝干涉和衍射的解释,只要设想为水波就OK,在此无需多笔。

现在重点回到电子的双缝干涉实验。

实验设想:

如果我们把双缝干涉实验的设备搬到池塘里,然后向池塘里投掷石子,我们无需思考,必将出现水波的双缝干涉现象。

现在,我们把池塘里的水换成静态光粒子,把石子换成电子,电子的靶射就是投掷石子,这样就会归到电子的双缝实验,无疑,必将发生光的干涉现象。

实验分析1:

在电子双缝干涉实验中,因为靶射电子而产生了干涉现象,量子理论认为,电子具有波性,确定了电子具有波粒二象性,如果按此推理,向池塘投掷的石子,因为水波发生了干涉现象,则也可以判断石子具有波性?石子具有波粒二象性?

显然,说投掷的石子具有波粒二象性,具有明显错误,同样,在电子双缝干涉实验中,说电子具有波粒二象性,当然一样,也是一种错误。

实验分析2:

在电子双缝干涉实验里,只要电子具有光源辐射性,就能扰动以静态光粒子为实质的宇宙大海,形成光波,必然产生光的双缝干涉现象,但不是电子的双缝干涉现象。

电子的双缝干涉现象,从事实上证明了静态光粒子充斥空间的设想。靶射的电子具有能量,从而激活了空间的静态光粒子,形成光源,产生辐射光波,出现光的干涉现象。

显然,只要靶射的电子具有能量,靶射多个电子和单个电子没有实质性的区别,都将产生光的干涉现象是必然。所以实验2和实验3可以归一。

同时,投射到屏幕上的光斑也不是电子穿过双缝后的投射班点,更不是单个电子能同时穿过双缝而具有叠加态,电子消失于实验设备的原子捕捉,会产生电离现象,这可以实验验证。

4、电子双缝干涉延迟实验分析:

继续回到电子双缝延迟实验,在这里,为什么观察和不观察,实验会出现了两个完全不同的结果呢?

这里,我们必须要用到一个新理论来解说,这就是惯性圆周运动原理,内容是:

一切星体或粒子在不受任何外干扰的前提下,将保持绕一核心匀速自转和周转的圆周运动状态不变,外界干扰是改变和破坏这一状态的原因,且都具有动能:

E=1/2m(V1^2+V2^2) (4)(V1为自转速度,V2为周转速度)

这一原理有九个解读

解读一:星体和粒子在理想不干扰时,保持匀速圆周状态,但外界干扰无处不在,所以实际观察到的状态,都是干扰后被改变的变态。

解读二:星体实际状态为相对稳定的变速椭圆运动,因为星体抗干扰能力强,受干扰稳定。

解读三:粒子实际运动状态表现为不确定性规律,是因为粒子抗干扰能力极弱,外界干扰具有不可预测性和不确定性,可以用热力学第二定律去理解,所以粒子惯性圆周运动是常态性的、不确定性的破坏和改变。

解读四:粒子运动的真实规律是:惯性圆周运动受不确定性能量干扰被破坏、干扰减小或消失后又回归、再受干扰再破坏的不确定性的往复变化。

解读五:粒子运动的轨迹始终是惯性圆周运动破坏后再回归的渐变,所以其运动的轨迹仍然是核心不变的圆周云的概率轨迹,如电子的轨迹,就是圆周云的概率轨迹。

解读六:粒子的运动描述符合统计概率方程的概率解,方程的解集是确定核心的圆内点的集合。

解读七:粒子脆弱的抗扰能力决定了任何观察和测,量行为,都是对粒子的扰动,因为所有的观察是“光察”,测量是“电量”,这都是对粒子惯性圆周运动状态的破坏和改变。所以粒子具有不可测性或测不准性。

解读八:惯性圆周运动是星体和粒子的属性,正是因为自身具有周转和自转的动能,因此贮藏了内能,才能在不受干扰和能量不损失的前提下,将保持恒定的自转和周转运动状态不变。

解读九:鉴于以上分析,无论是粒子组合,还是星系构成,不再需要任何牵引力或能量来组合,绕同一核心的惯性圆周运动是大自然的普适原理。

电子的圆周云的轨迹

物理学是研究星体或粒子的惯性圆周运动被破坏的原因和规律,而不是去寻找和统一所谓的牵引力或组合力。

根据这一原理的解读,对电子双缝延迟实验的解答如下:

电子双缝干涉延迟实验分析:

当观察设备不介入观察时,靶射电子在穿过小孔后,释放靶射时多余的能量,激活静态光粒子,形成辐射源和光波,产生光的双缝干涉现象。

由于电子具有圆周运动的惯性,电子在释放多余的能量后,将恢复圆周运动状态,从而被实验设备的原子捕捉,实验设备因电子多余转变为电离态,产生电现象。

当观察设备介入观察时,请重点看解读七,当靶射电子在穿过小孔后,由于这个观察设备必然是“光察”和“电测”,这构成了对电子惯性圆周运动回归的干扰。

因为“光察”扰动的持续,电子无法回归惯性圆周运动,被破坏为不确定性无规则运动,电子在小孔和双缝之间无法停留和释放能量,也就不能激活静态光粒子而形成辐射,而是四处撞壁,使得双缝干涉现象不能再现。

在碰撞中的电子,要么是被实验设备的原子捕捉,电离能量被“电量”设备中和,要么是概率性通过双缝,在双缝和屏幕之间激活静态光粒子,或直接打射到屏幕上,使得双缝干涉现象不能再现。

电子双缝干涉延迟实验推演预测:

1、将观察设备置于双缝前和双缝后,分别实验,两次实验屏幕图像将不会一致。

2、实验盒四周均做成屏幕,观察设备介入和不介入,四周屏幕斑点会不一样。

以此表明,观察会干扰电子的运动状态,影响实验结果。

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