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惊人!电子竟然自动排成奇异花纹

时间:2023-08-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:白色乌鸦的三条细腿依次着陆在一片平直的屋顶上。他显然没有发现屋顶上的不速之客。当许多颗电子逐个穿过狭缝,到达荧屏的彼岸,难以置信的一幕出现了。荧屏上,那些亮点竟然自动排成明暗相间的纹路,一道暗、一道亮,也像斑马身上的条纹似的。单电子双缝干涉实验示意图“啊,是谁把电子排成了这样的花纹?”

惊人!电子竟然自动排成奇异花纹

白色乌鸦的三条细腿依次着陆在一片平直的屋顶上。透过一面三角形天窗,星星看到了下方屋子里的一个长脸男人,头发高高地堆积在额头的后方,也和宇宙鼓点先生一样是个大高个。房间里好像在举行什么仪式。中间摆着一块镀了金属膜的玻璃板,前方有一面荧屏,后方则是一台用电线和铁皮缠绕、组装起来的圆筒装置。[1]

“为什么带我来这儿?这个人又是谁?”星星大惑不解。

“一个想搞清楚电子行为的人。电子和光子的行为是差不多的。”宇宙鼓点先生悄声说,“这个人的实验是从一个疯狂的念头开始的,刚才那个天才先生已经证明了两束光在传播时是两个波,会相互干涉形成‘斑马纹’,如果我们只是一颗一颗间隔着发射单个电子呢?荧屏上又会出现怎样一幅画面?你可以在自己的脑海先写下答案。”

星星皱起眉头,这真是一个荒唐的问题,答案不是显而易见吗?单颗电子,一颗颗积累下来,不就会在荧屏上落下两条平行的亮带吗?

宇宙鼓点先生将手插进了裤兜,微微弓起背,说:“哈哈,你的表情告诉了我一切。的确,按理来说单颗电子是不可能出现干涉的,因为‘干涉’的存在至少需要两个主体,单颗电子要和什么东西发生干涉呢?”

“是的……不过我觉得你不会问这么简单的问题。”星星眨了眨眼。

“小聪明鬼,瞧!那儿!”循着宇宙鼓点先生的手指,那个大高个面前的荧屏上,间隔着点燃了一个又一个亮点。

“那台圆筒装置可以让电子一颗一颗射出去,确认一颗电子到达了屏幕上,才会发出第二颗。记住刚刚说的,搞清楚电子是怎么运动的,也就解开了光子的谜团。”

太阳悄无声息地翻过了屋脊。乌鸦梳理着厚重的毛衣。星星看到屋子里的“高个先生”摘下了眼镜,用手帕轻轻擦拭镜片。他显然没有发现屋顶上的不速之客。

“那他一共要发出多少颗光子……哦,不对,是电子。”星星目不转睛地看着荧屏。

“也许是一万颗,也许是十万颗,这没有那么重要。现在你先来猜猜,如果是这么多电子,最后会排列成什么图案?”

“就像天上的星星那样排列吧,东一颗、西一颗,密密麻麻的。”星星想了想,满怀信心地答道。

当许多颗电子逐个穿过狭缝,到达荧屏的彼岸,难以置信的一幕出现了。荧屏上,那些亮点竟然自动排成明暗相间的纹路,一道暗、一道亮,也像斑马身上的条纹似的。(www.xing528.com)

单电子双缝干涉实验示意图

“啊,是谁把电子排成了这样的花纹?”星星脱口而出。自己分明是看着电子一颗一颗打到荧屏上,它们是什么时候接到了指令,知道要汇聚在哪里,又不约而同地避开某些位置呢?

宇宙鼓点先生露出了满意的微笑。

“第一件事就是你要相信自己的眼睛,电子到达哪里不是随机的,而是被一股看不见的力量左右。这听起来很怪,却是千真万确的,”他边说,边看了一下手表的指针,“如果每颗电子不是穿过了左缝,就是穿过了右缝,是不可能出现这种斑马纹图案的,它们只会像星星那样散落在荧屏上的两条亮带里。只有当它们是同时穿过了两条缝,既穿过了左缝,又穿过了右缝,只有这样,荧屏上才可能出现这样的花纹,就像是一颗电子来到了狭缝面前分裂复制成了两颗那样,是的,这听起来很怪,后面我会慢慢解释的。先接受这个结论会很困难吗?光子也像电子这样。它们都有分身术。”

“它同时穿过两条缝,就是像这样穿过吗?”星星蹙着眉头,在半空比画出直线段。

“你问了一个好问题!”宇宙鼓点先生说,“不是的,它可以同时穿过两条缝,就说明在空气中的旅行路线是不能确定的,我们也就不知道它是不是直线穿过。也许它又中途折回了仙女座,像一颗透明弹子球绕过彗星小行星的碎片,最后再次穿过大气层,向你飞来。”

原来这些跳舞的微粒从来不会遵循章法。但是,但是……星星也说不清究竟自己哪里还没听明白。

“在宇宙宽阔无比的荧屏上,一支看不见的画笔一直有计划地绘制着事先设计好的图景。没有什么是随机的。”宇宙鼓点先生笑着说。

“好吧,现在几点啦?”星星问道。

宇宙鼓点先生将双臂抱在胸前,回答:“刚刚过去了两个小时。”

[1] 原型是德国蒂宾根大学教授克劳斯·约恩松(Claus Jönsson, 1930— )。目前看来,他是最有可能第一个完成单电子双缝干涉实验的人,虽然这个实验被票选为20世纪最美的实验之一,但他本人影响力却很小。

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