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No.167 尊重别人的不同意见,从理解波粒二象性开始


在班主任工作中,越来越多遇到一些非常执拗的同学,不能够听取别人的不同意见,甚至不允许别人表达不同的意见。一旦遇到和自己想法相左的情况,不是喷,就是怼,大有“众人皆醉,我独醒”、唯我独尊的感觉。

这就好比去饭店吃饭,看到邻桌的饭菜不合自己口味,上去就把别人的桌子掀了,认为只有自己才懂美食。


多问一句,人家请你去吃了吗?

很多问题并不是非黑即白,非错就对的。是可以站在不同角度去观察的,观察方法不一样,得出的结论也不一样,但无所谓对错。

也许理解了波粒二象性,也就理解了这一点吧!

在讲解实物粒子的波粒二象性时,我们往往会举经典粒子子弹扫射双缝A、B,在屏幕C上收集子弹数目,并与电子枪发射的电子通过双缝产生干涉情况进行对比这个例子,结果如下所示:

图1 子弹穿过双缝时的概率分布图

其中图1中可以看出,经典粒子子弹在落到屏幕C上时的概率P,即为当缝隙A单独打开B闭合时落到屏上概率P1,与缝隙B单独打开A闭合时概率P2之和,即P= P1+ P2。从图1中也可以看出,子弹不会因为两个缝隙同时打开而有新的选择,产生新的分布概率。

图2 电子穿过双缝时的概率分布图

而图2中展示的是电子在通过两个狭缝时在屏上展示出的概率分布情况。如果对应A、B缝单独打开时的屏上得到的概率仍为P1和P2,我们从结果上可以看出P≠ P1+ P2。

通过实验还可以发现,当分别仅打开A缝和B缝时,电子在屏上的概率分布与经典粒子子弹的概率分布类似。从这个实验结果中可以看出,当仅仅打开一个狭缝时,电子落到屏上的概率与子弹是一致的,表现出了很强的粒子性,而当两个狭缝同时打开时,屏幕上的概率分布又呈现出类似光的双缝衍射条纹,此时粒子性消失,而仅仅呈现出波动性。

在教学过程中,学生们深深感到困惑的是,A、B缝同时打开时,电子似乎具有某种“意识”,知道两个缝都打开了,而选择性地表达了波动性。

图3. 波尔家族的族徽选择了互补内涵的太极图案

对于波粒二象性中,现象的客观存在和观测它们的方法有关,我们不能同时使用粒子和波两个图像,因为这两个图像是相互矛盾的。一个物体不可能同时是一个粒子,又是一个波,但是两者可以互相补充

学生们对电子所存在的某种“意识”,以及实验条件不同,粒子性和波动性的交替表现表示十分困惑。这点似乎与他们平时的生活常理相悖,一个物体怎么可能既是A又是B呢,而且显现出的性质仅由观测手段影响呢?

为了说明这一点,大学物理会采用展示电子衍射和干涉的实验结果,讲解波函数及其统计解释等方法,但是在中学物理教学中,学生很难单单从实验结果上去理解波粒二象性,而波函数的统计解释对于中学生又非常晦涩难懂。我们不妨做下面一个思想实验。

图4  怀念童年的玻璃纸糖果皮

准备好20张红色透明糖果纸,20张白色A4纸。假象一半的人直接观察A4纸,得到的颜色是白色,而另一半人透过红色糖果纸观察,则得到A4纸是红色的结论。

大家观察的是同一种A4纸,它怎么可能既是白色又是红色呢?观测结果与观测手段是密切相关的!到底白色是正确答案,还是红色呢?

假设患有某种色盲症的人观察A4纸时看到的是红色,并且世界上恰有50%的人都患有这种色盲症,那么就会存在50%的人看到纸是红色,而另外50%的人看到纸是白色的,那么我们又如何来判断那种是我们所说的客观实在呢?

图5 色盲测试卡

我们去讨论一个物质是粒子还是波是没有意义的,没有一个真实的标准,我们唯一能够肯定的是,在某种观察方式确定的前提下,它呈现出何种性质。

就好像我们裸眼观察A4纸时白色的,而透过红色糖果纸观测是红色的一样,甚至可以说纸的本来颜色是不存在的,我们大多说纸是白色的,仅仅是我们大多采用了一种相同的观测方式罢了,这并不指向一个绝对的真理。

图6 圆柱体是一个矩形还是圆形呢?

电子也是一样。电子是粒子还是波?那要看你怎么观察它。如果采用光电效应的观察方式,那么它无疑是个粒子;要是用双缝来观察,那么它无疑是个波。

讨论电子本来应该是一个粒子或者是波是没有任何意义的!

这就像很多时候,对同一个问题,并没有一个绝对正确的答案。意见不同仅仅是因为看待问题的角度不同,观测问题的方法不同而已。又何必一定要挣个原本没有对错的对错呢?

几乎天天在群里看到各种骂战,一言不合就开怼。杠精老师深深感到物理教学不应当仅注重具体物理知识的传授,也要注重物理哲学的培养

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