双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？第1页

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zhou-wei-qing-99 网友的相关建议:

开门见山的说，双缝干涉实验不恐怖，但是难以理解。即使对于物理专业的学生来说，一开始接触到量子力学的双缝干涉实验时，也会嗅到有一丝玄学的味道。因为测量和叠加态这两个在量子力学中的玄学概念在双缝干涉实验中的完美展示，双缝干涉实验开始进入大众的视野。我在本科最后一年学习高等量子力学的时候，授课的教授说过一句我当时看来很武断，现在觉得有一番道理的话“如果你完全理解了双缝干涉实验，你才算有点理解了量子力学。”今年我去过华科给某电气相关国企的员工做过一次有关量子力学的科普性讲座，也是以双缝干涉实验为出发点，并且借他山之石说了和当年老师一样的话。

其实双缝干涉实验的历史悠久，这个故事始于光的“波动说”的一次阶段性胜利。光是波还是粒子，一直都是物理学争论的核心议题。整个18世纪，在超级学霸牛顿的压制下，波动说一直暗无天日。转折出现在19世纪的开头，英国物理学家托马斯杨就观测到将光束照射于两条相互平行的狭缝，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。要知道干涉衍射是波所独有性质，而这显然的结果，使得波动说获得了空前的鼓舞。理解经典的杨氏干涉其实很简单，就是从两个缝射出的波，其振幅和相位在空间上的分布不同，相位相同的区域振幅相加呈现亮条纹，相位差pi的区域振幅相减呈现暗条纹。所以说经典的杨氏干涉实验不恐怖，它是波动说的决定性证据！

真正让人难以理解的是量子力学中的双缝干涉实验。这里我们做三个思想实验（Fig.3）来一步步理解：（注意这里是思想实验，为了方便和经典比对，继续使用了光子，其实如果考虑实际操作的话用电子来描述更为严谨，原因在回答末尾更新4中）

我们用一个光源连续的放出光子，把两个狭缝（b, c）都打开，那么在屏幕上会得到什么样的结果？

答：会得到和杨氏双缝一样的结果，在屏幕呈现一列列明暗相间的干涉条纹。

2. 我们这时光源每次只放出一个光子，把两个狭缝（b, c）都打开，那么在屏幕上会得到什么样的结果？

答：这时，我们自然而然的会想到每次只有一个光子那个光子不是从b狭缝通过，就是从c狭缝通过那么在同一个时刻两狭缝不能都有光子就不可能出现两狭缝的干涉就不会出现实验1中的干涉条纹。

这个逻辑在之前的解释中确实是没有问题的，但是这个实验有人做了，结果却让人大跌眼镜：虽然每次只发射一个光子，但是经过一段时间的积累，还是出现了干涉条纹。这太让人费解了，明明两个狭缝只有一个狭缝有光子，那这个光子是和谁在进行干涉呢？难不成是和它自己的干涉吗？

答案是：没错！这个光子是在和自己进行干涉！这里我就要引出本回答中第一个要强调的概念：叠加态。大家都熟悉薛定谔的猫，讲的其实就是叠加态的一种极端情况。猫处于死的或者活的的叠加态中，只有测量（看一眼）才能使这个叠加态坍缩。在这里，光子处于既从b狭缝通过，也从c狭缝通过的叠加态中，只有你不在狭缝处进行测量（记住这是个伏笔），你就不能确定那么到达屏幕处的光子是从哪个狭缝中过来的。那么包含多个路径的量子叠加态就会发生自我干涉，从而出现干涉条纹。没错，就是这么奇妙，我干涉我自己。

3. 我们这时光源每次只放出一个光子，把两个狭缝（b, c）都打开，但是在狭缝处放置光电探测器，就是说我能观测每个光子从哪个狭缝走，那么在屏幕上会得到什么样的结果？

答：大家看到这里可能会问？实验3 和实验2 有什么区别，唯一的区别的就是探测器，也就是说区别我看了一眼。俗话说的好，看一眼又不会怎么样。那么这时的实验结果是什么呢？答案是：干涉图样消失了！变成了两道简单的光束。我一开始学习的时候，学到这里简直是可以用头皮发麻四个字形容，什么？我看一眼，你就不是你了？

这里我要引出本回答中第二个要强调的概念：测量。测量对于量子力学的意义就是---测量会引发叠加态的坍缩。之前的讨论中，我们说实验2的光子处于既从b狭缝通过，也从c狭缝通过的叠加态中，而实验3中的光子因为被在狭缝处被测量了，所以这个包含两个路径的叠加态一定会坍缩成只包含一个路径的单态，那这时这种基于叠加态的干涉就完全地被测量这一行为破坏掉了！

解释到这里，经典和量子的双缝干涉实验基本就解释完了。总结一个，大家对于这个实验感到“恐怖”是来源于其实验现象的反直观：

光子一个个地打，也能出现干涉。
看一眼光子通过哪个狭缝，干涉却消失。

我们在这个回答里解释了这些反直观的实验现象来自量子力学中两个重要概念，分别是叠加态和测量所导致的坍缩。

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这里是作者根据评论区的反馈和讨论回答了一些大家关心的问题

请所有对刚才这个光子双缝干涉的思想实验有如下疑问的移步下面的更新区：

单光子的定义是什么？ - 更新1 & 更新4
双缝干涉实验有在实验层面实现的吗？ - 答：电子的双缝干涉是做出来的了，而且实验结果与我思想实验中光子一致。可以用完全一样的方式理解。详见更新1 & 更新4
既然电子实验做出来了，而光子无论是从定义还是实操都难，为什么答主还要使用光子来解释？ - 答：因为答主担心在杨氏双缝之后，直接进入电子的讨论会使得不了解电子波动性的读者产生阅读上的障碍，顾设置此思想实验帮助大家理解，在本回答中，答主将光子和电子一样作为波函数来理解，有不严谨之处，目前量子光学主流上是用场量子化来给出光子数学上的严格定义。 详见更新1&4
测量为什么会导致坍缩呀？- 更新3.1
单光子用光电测量不就被吸收了吗？那还能干涉呀？ - 更新4
测不准原理是不是因为仪器的精度受限或者是被干扰了？- 更新3.2
一次只有一个光子，为什么还有产生干涉条纹呀？- 更新2
总有人说有人做过双缝干涉以及其后一系列的实验（延迟擦除等），但是从来没有人告诉我实验到底是怎么做的？真的有人做过吗？在哪做的？有论文吗？你们是不是编造出这么一个实验来欺骗大众呀？-更新5

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我一开始学物理学到这里是有一些迷茫的，有种我们看到的世界原来是被测量影响了的世界，看山不是山，看水不是水的感觉。用比较中二的话说就是“从我睁开眼的那一刻，这个世界就因为我睁眼而改变了”。其实这么想是很容易进入不可知论的怪圈的。后来经过几年的沉淀和学习，量子力学是目前最为精确的学科，几乎没有任何实验现象与之违背。我觉得自己不应该为一条“看不见的喷火龙”而苦恼，做一些有意义有趣的研究去影响身边现实可感的世界。这样就看山又是山，看水又是水了。

目前来看，量子力学还是算一个唯象理论，就是说需要用一些不需要解释的公理作为支撑。目前的量子力学一般而言，就是先给出五大公理+测量公理。更进一步的，如果去解释这些公理背后的物理图像，是很困难的。就测量而言，量子力学几乎所有算符都是幺正的，而测量却是非幺正的。这种错位就很难把测量装进现有理论中。

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更新1： 评论中有人对于单光子的具体细节和定义感兴趣，这里增加一点这方面的讨论：单光子光源可以用原子尺度下的局域缺陷实现。至于单个光子的定义，这是一个很好的问题。与其说，在同一时间只射出一个光子，不如说是在光电探测器的极限内，只发射一个光子。也就是说前后两个光子到达探测器的间隔大于现在光电探测器的精度极限。如果这个极限是1纳秒，而你可以做到每10纳米才发射一个光子，那这个光子对于这个探测器来说就是“单光子”；但是如果一个探测器的极限是100纳秒，那这100纳秒间隔内，会有10个光子打过来，那这个光子对于这个探测器就不是“单光子”。所以你看到了，其实最为前沿的物理其实就是在物理仪器的精度极限上跳舞。另外理论上，单光子在非相对论的量子力学框架下是很难在数学上严格定义的，在本回答中，答主将光子和电子一样作为波函数来理解，有不严谨之处，目前量子光学主流上是用场量子化来给出光子的严格定义（仍有疑问移步更新4）。

2020.6.18 更新一加更：我半年之后，重新审视我半年前写的这段话，我觉得这段话是有问题的。但是又觉得这段话仍作为一种科普思想给大众科普实验物理的发展逻辑，应该存在一些益处，所以就不做什么改动放在这里吧。我觉得这段话有问题的原因是：作为一个大同行，我以前不了解光学精密测量现在的实验前沿到底处于哪一步，所以对于单光子一直含糊其辞，但是这半年通过学习、阅读、听学术报告，我发现单光子在现在的实验条件是确实存在的，而且利用单光子源进行的双缝干涉实验已经存在的，具体的可以移步更新5，那里我进行一些文献调研，列举了一些实验文章。单光子源实现的物理机制应该不难，构建一个两能级体系然后自发辐射就可以；至于单光子的测量，我之前猜想是用灵敏度极高的雪崩放大器，但是经过评论区做实验的知友的讨论，我得知单光子测量的一些常用手段，放在这里也分享给大家：

一般是用雪崩二极管，但是效率更高的是利用超导纳米线的光探测器，光子会使它失超从而改变电流。 @快雪时霁
单光子测量，灵敏度极高的雪崩放大器理论上是可行的，局限性是该类探测器对短波较为敏感，对红外波的探测效率很低，且通常噪声较大。目前较为先进或敏感的单光子探测器是超导类探测器，比如TES，SNSPD 。 @抱着电镜的小孩

更新2：感觉知乎上大家物理水平还是很高的，我又被问到一个我觉得必须认真回应的问题了：有人疑惑每次只发射一个光子就算产生了干涉怎么会有波纹？一个光子是不是只能在板子上产生一个亮点？是不是因为光子具有波的属性所以就算一个光子也能产生干涉条纹？

我不得不说这是一个很好的问题，这个问题再一次地触及到了量子力学的本质，我来认真回答一下。要知道光子具有波粒二象性，在传播的时候显示为波动性，但是被测量时却显示出粒子性。所以说每次发射出的一个光子打到屏幕上，会以粒子性被测量，也就是屏幕上出现一个亮点。但是为什么会出现干涉条纹呢？虽然每个光子都是一个亮点，但是你发射出非常多的光子时，你会发现这些亮点自动的服从明暗相间的干涉分布。你是不是看到这里觉得不能接受。明明每个光子是独立的，但是为什么冥冥中好像有一股力量在操纵他们，使他们服从干涉分布。那是因为你一直以为这种干涉是光子作为一种实体来参与的一种干涉，而事实上，光子在传播的时候并不能视为一个粒子（事实上在测量之前都不能视为一个粒子的行为），所以这里干涉的是概率波（光子在被测量前可以理解成不同态的叠加，而这些态的是否会被测量到有不同概率的，概率和位1）！不是实体波！所以这个干涉条纹是统计意义的干涉条纹！大部分对于量子力学不太了解的人可能会认为目前的量子力学是精确解释微观世界中单个粒子行为的理论，但是事实上量子力学只有在统计意义上才有意义。量子力学解释单个光子是没有任何意义的，就其中某一个光子而言，我也不知道它会落在屏幕的哪里，我只能说出它落在哪里的概率是多少，但是如果有一亿个光子，那我敢确定，它们一定出服从干涉条纹的分布。其实我一开始是不准备说这么深的，因为这没有多年的学习和科研训练，是很难理解的，但是感觉知乎上大家还是很厉害的，就多说点吧。

更新3（2019.8.16）：我发现评论区大家很多都在讨论量子力学中对于测量和 海森堡不确定性原理 的理解，在这里我想对这个问题进行一些简单的讨论。

3.1 到底什么是测量？为什么测量会引起所谓的“坍缩”

答：坦白的说，我不知道。你先别失望，不仅我不知道，据我所知，2019年了，距离量子力学体系建立的1929年已经90周年了，物理学界对于测量背后的物理图像，仍然没有一个共识性的意见。也就是因为这个原因，现在仍有一些功成名就的物理学家在自己拿奖无数之后，开始转投那些影响因子很小的基础理论期刊。就是为了因为他们不满足于现有的量子力学解释。我就认识这样的一个荷兰教授。那现在学界认可的量子力学是如何处理测量这一概念的呢？

（下面的解释不再通俗易懂，劝退警告）

物理学中有一个很重要的概念，叫“可观测量”，比如速度、位置、光强等等，那测量其实就是通过物质间的相互作用给出被观测者想要的可观测量。在量子力学中，我们把测量这一操作假设为一个个算符（你可以理解为一个矩阵），而待测的量子态设为一个个矢量（其实这个矢量是在希尔伯特空间中展开的），那我们日常看到的这些“可观测量”在量子力学中如何求出呢？就是算符（矩阵）和量子态（矢量）的投影。你看到这里一定心里暗暗地笑，你们搞物理的在自嗨吗？这些规则都是你们自己定的呀，这算出的东西是真实的吗？没错，你的疑问没有问题。现代的量子力学确实是建立在一套我们自己制定的规则中，而测量作为一个投影算符，会导致量子态的坍缩，恰恰是这个规则中的一个。现在你理解我为什么要说我不知道了吧，因为测量坍缩在量子力学中是定理呀！如果你使用这个理论，那这个假设就是不言自明的！就像是欧式几何的最底层也存在“五大公理”，那你是不是也要质疑一下凭什么两条平行线不相交？（事实上有人质疑了，这个人写出了黎曼几何）。和黎曼一样，当然我们当然希望一个理论中作为公理的假设越少越好，越符合我们的直观越好，所以现在还有很多物理学家在做出努力。但是就目前而言，对于测量能不能被更为基本的理论去理解，学界目前应该没有什么共识。所以欢迎大家开脑洞，但是也要擦亮眼睛，保持清晰，自我判断。

3.2 海森堡不确定性原理 指出不可对易的算符不能同时测量准确，这个如何理解。我现在再把不确定性原理给大家翻译翻译。其实就是说，在微观世界，有一些可观测量不能同时被精确的测量，就比如说速度和位置，这两就不能同时测。速度测量的误差和位置测量的误差的乘积一定会大于某个值。也就是说你如果确定的说一个电子处于某个确定的地方，那这个电子的速度可能是0到无穷大；相反的，如果你精确地说出了电子的速度（其实动量更严谨）是多少，那这个电子可能处在空间中的任何一个地方。不确定性原理自从提出之日起就一直存在着两种解释：第一种是说测量不准，是因为测量本身对于微观粒子就是一种干扰，同时也受制于测量仪器的精度，故测不准；第二种是说，测不准是因为物理原理上的原因，原理限制了不可能测准。第一种是最为大众所接纳的，因为容易理解，但是物理学界普遍认可第二种解释。第二种解释也有一个名称---量子力学的哥本哈根诠释。其主要的提出和支持者是波尔，波恩，海森堡等，主要的反对者是爱因斯坦。这个派别从第五届索尔维会议的座次就可见一二，波尔被波恩、海森堡等人围在中心，爱因斯坦则坐在这个圈子之外。

这个诠释说的是，量子力学中粒子的波函数没有任何的实际意义。有意义的是波函数的模平方，指的是粒子在概率分布。也就是根本哈根诠释完完全全地摒弃了经典物理的概念，甚至连粒子的实体意义都摒弃了，取而代之的是概率分布。而所有我们熟悉的粒子实体概念只有在所谓测量发生的那一刻才因为概率的坍缩而产生意义。我在评论中和其他回答中看到很多神乎其神的描述和结论，其实都是借用了一些量子力学的概念，但是又没有完全使用与之对应的哥本哈根诠释，你如果想要完全理解现代量子力学，我要给你的第一个建议就是不要再执着于给粒子的行为一个实体化的图像，不要再想着光子是从右往左一点点连续移动到屏幕上的，相反的，在测量之前，粒子作为波函数存在，没有经典的实物对照，只存在概率意义。而爱因斯坦不认可这种基于概率和统计的解释，认为“上帝不掷骰子”。

你看到这里，可能会倒吸一口凉气。但是，这确实是目前公认的解释，物理学也会发展，这也绝对不会是最后的解释。但是目前我们这样理解微观，你猜怎么样，从未出错！你们想一想为什么量子力学反直观，但是聪明的物理学家却一代代地传承这个理论，并坚信其正确呢？因为量子力学实在是太精确了，我们没有找出任何与之违背的证据，它实在太优美了。

更新4（2019.8.17）：评论区的大家对于实验装置实操可行性的讨论激起了我新的思考。我在之前解释量子力学中的双缝干涉实验时，用的模型粒子是和经典杨氏双缝一致的光子。在翻看很多人在评论区的讨论，我也在反思这个设置是否适合。感谢一个评论“光子测量转变为电信号，测量的光子不就消失了，如何继续前进呢？”，我刚才就一直在想能不能找出一个测量手段，不把光子吸收掉，我目前确实还没有想到（可能是因为我的水平有限，希望有人的可以给出不同意见）。所以基于此，之前用光子跟大家解释双缝干涉，在思想实验这个层面肯定是没问题的，但是在实操这个层面就有些不合适的了。所以我认为把之前讨论中的 光子转变为电子 更为严谨。请各位不用担心，这样的改变不会对之前各位已经理解的产生任何的改变，因为电子为德布罗意波，同样具有波粒二象性，同样会因为叠加态在屏幕上产生干涉条纹，也同样会因为测量导致的坍缩而不再呈现干涉条纹。技术上来说，单电子（用电子枪）比单光子更容易实现，并且可以利用光子实现不把电子吸收掉的测量。具体原理可以借助光子和电子相互作用的康普顿效应，通过测量探针光子动量的改变来给出电子的信息。下面我从教材中给出一个简单的装置图：

所以我必须要强调一点是：我在之前讨论是单光子双缝干涉实验是思想实验，在技术上是存在实现难度的，而且据我所知应该没有实现过。（虽然我在阅读文献的时候，已经多次在近年的文献中看到单光子光源这个词）。真正被实验证实的是单电子的双缝实验。至于我为什么不直接选择电子作为讨论对象，是因为我之前担心从经典杨氏双缝干涉，过渡到量子双缝实验时，直接讨论电子，会造成一些不熟悉电子波动性的读者一些理解上的障碍。而光子却可以非常好地作为“教具”来让大家理解 叠加态 和测量的在这个实验中的意义。

而且在这里我也要感谢 @Aenea 同学在评论区的补充，非相对论的量子力学描述电子是非常合适的，但是用来描述光子却是不严谨的。现在量子光学主流是利用场量子化来描述光场。在这个角度来看，光子和电子是有区别的。但是大家不用担心之前思想实验的理解，因为光子和电子的波粒二象性都是有强力实验证据的：

光子波动性-杨氏双缝干涉实验；光子粒子性--康普顿散射实验

电子波动性-镍晶格衍射实验；电子粒子性-阴极射线

所以无论是光子还是电子，在经过狭缝时都必须用叠加态来描述。

更新5（2019.12.8）：越来越多的朋友在评论区提出这样一个问题：

总有人说有人做过双缝干涉以及其后一系列的实验（延迟擦除等），但是从来没有人告诉我实验到底是怎么做的？真的有人做过吗？在哪做的？有论文吗？你们是不是编造出这么一个实验来欺骗大众呀？

这种声音的数量已经多到我觉得要回答一下这个问题。

首先我要先申明，我本人不是做量子光学精密测量方面的，没有阅读过大量与双缝干涉直接相关的论文，主要的知识来源于量子力学的各类书籍和讲义，但是我寻思格里菲斯、费曼、喀新林他们也没理由骗我呀，所以一直没有质疑过相关实验的真实性。但是现在既然有大量的人指出了，那我是可以找出一些参考文献来，毕竟文献的调研是任何一个博士生的基本能力。

我经过简单的查找，发现这个方面还是有很多科学家在做，而且近期都一直保持着很多的研究进展，先来一篇【1】：

这篇文章发在物理学顶级期刊PRL上，是一个研究经典延迟选择实验的文章。这篇文章被引136次，还是有不少人在跟进延迟选择实验的，下面是引用这篇PRL的文章：

除此之外，我还找到两篇发在Nature、Science上的相关文章，找到的时候，我惊讶于作者竟然敢这么取标题，科学家也总想搞个大新闻呀【2-3】：

其中【2】是利用一个原子进行光子的干涉。在此，我也得感谢这些包含质疑精神的朋友们，让我决定花点时间搜一搜文献，我惊讶地发现我真的是井底之蛙了。我之前为了实操上的严谨性，一直在避免讨论单光子干涉的细节，因为我担心一直没人做出来，但是经过这次的阅读，原来做量子光学的科学家早就开始用光子进行双缝干涉实验了，而且单光子光源也早就可以真正在实验室里实现了。我打听得知隔壁华科的物理学院好像就有一台光单子源。如果有对这个实验的细节（怎么实现，条件是什么，装置长什么样？）感兴趣的朋友，可以查看我下面示意性的给出的三个影响力比较大的文献，也可以自己查找文献，进行深入阅读。

【1】PRL 100, 220402 (2008)

【2】Nature 395, 33–37(1998)

【3】Science 307, 875 (2005)

一找就停不下来，我用“double-slit experiment C60”来找真的把视频里提到那个用C60的实验【4】给找了出来 hhhh

他们用C60做双缝干涉实验真的做出了统计上的干涉函数，有趣！

【4】Nairz O, Arndt M, Zeilinger A. Quantum interference experiments with large molecules[J]. American Journal of Physics, 2003, 71(4): 319-325.

2020.6.18 更新五加更：

我之前的文献调研，示例地给出了光子和C60的双缝干涉实验，我在此次更新中增加一下电子双缝干涉的实验文章。

通过简单的寻找，我找到了一篇比较有代表性的文章：

【5】Frabboni, S., Gazzadi, G. C., & Pozzi, G. (2007). Young’s double-slit interference experiment with electrons.American Journal of Physics,75(11), 1053-1055.

我在这里介绍这篇文章，是因为除了这种专业的物理分析外，这篇文章给出一些大众容易接受的图像细节，放在这里主要还是想让大家对于这个实验进行一下祛魅。

图（a）就是实验中所用双缝的透射电镜（TEM）的图，旁边标有比例尺，大家可以对于双缝有个定量的感知。图（b）就是电子的干涉条纹（旋转了90度之后的），而图（c）就是在不同偏转角度上电子统计强度的分布，注意这里的统计，这里的干涉不是在单个粒子，是在统计意义上才成立的，这一点我也在之前的更新2中反复强调过。

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PS：我看到很多人希望我添加光子延迟擦除，对于这个实验，我并不熟悉，我目前还没有十足的把握给出清晰的解释，如果哪天我觉得我有能力解释清楚了，会来给大家更新的。

附上两个学习这个话题比较好的视频：

https://www.zhihu.com/video/1144935238953189376 https://www.zhihu.com/video/1144935396470317056

xhlong-98 网友的相关建议:

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。

声明：在读之前，我会告诉你，对于双缝干涉实验的后面解释是非主流学说和反权威的新理论，如果你习惯给反主流和权威理论的所有观点定义为民科，请绕道。

量子理论，我不信哥本哈根派，我站定爱因斯坦，上帝不会掷骰子。

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：电子双缝干涉探测实验

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。

这就是电子双缝干涉探测实验。

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，实验时在盒内装上探测设备，以此探测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，取出探测器再实验，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探测实验。

第五个问题：诡异实验的疑惑

电子双缝干涉探测实验就象羞涩的少女，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。

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：

一、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：（提示，你得用惯星圆周运动理论去理解这些公式）

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。

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。

同时指出，静态光粒子作为以太的升级版，但不受迈克尔孙_莫雷实验否定，因为光的传播是光源位移，不是光粒子的空间直线运动。

光的路径上的任一点，都是动态光粒子与静态光粒子的互化形成新的光源，任何点的光速测量都是光源的起点，不存在相对运动的问题。这就是光速不变原理。

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。

二、电子双缝干涉探测实验分析：

继续回到电子双缝实验，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？

1、圆周运动论

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）

这一原理有十个解读

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，如薛定谔方程，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作惯性圆周运动。

解读九：原子核内的电子和核质都绕同一个核心自转和周转而不会离散，是太阳系或土卫系的缩影，不受干扰时将保持恒定的自转和周转运动状态不变，这也是电子永远不会掉入核内的原因。

解读十：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。

总之，基于以上分析，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，对电子双缝探测实验的解答如下：

2、电子双缝干涉探测实验分析：

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。

3、关于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。

3、实验箱双缝前和双缝后完全隔开绝缘，仅留双缝，双缝前比双缝后的电离现象将明显很多，双缝后几乎没有电离现象发生。

以此表明，观察会干扰电子的运动状态，影响实验结果。

通过电离现象，可以判断除了极少数电子发生概率性穿缝外，大部分电子被实验设备捕捉和中和，电子在双缝干涉现象中不具有波粒二象性。

4、电子双缝干涉实验其它设想：

设想实验1：

电子双缝干涉实验为密闭绝缘箱体，内部为非真空态，并具有一定的导电性，那么实验结果应该会发生双缝干涉现象，而且导电性能增加，干涉越明显，但与真空电子双缝干涉会有区别。

设想实验2：

在上述设想实验1中，若实验时用导线接地，双缝干涉现象应该消失，任何带电探测器进入，无论探测器延迟还是不延迟，都会使双缝干涉现象消失。

原因分析：

在电子双缝干涉实验中，必须考虑电子的电性状态，这会影响实验结果。对实验判断的理论依据是：

电场本质与电子波假说

原子核外的电子数与质子数不相等时，原子则呈现带电态，这有两种情形：

第一种：正电体——正电子波

当物体中一个原子的核外电子数少于质子数时，原子具有向周围就近、就易掠夺其它原子电子的能力，这种持续的就近、就易的电子掠夺补充电子的扰动，象波一样在导体内部传导，这就是正电体，其内会形成正电子波。

第二种：负电体——负电子波

当物体中一个原子的核外电子数多于质子数时，原子具有向周围就近、就易退让、置换多余电子的能力，这种持续的就近、就易的退让、置换的电子的扰动，象波一样在导体内部传导，这就是负电体，其内形成负电子波。

正电体与负电体相吸引是电子互补的中和现象，正电体与中性相吸引是电子掠夺现象，负电体与中性相吸引是电子退让现象，同电体排斥是无法实现电子掠夺或退让现象。

用导线连接正电体和负电体，只要保持导体一端多余电子，一端缺失电子，就能形成持续电流，电流是电子波在导体内传播，不是电子的单向流动，是一种能量波。

电子波与电波的不同在于：

电子波是在导电体内部形成和传播，震质和介质都是电子。

电磁波是在空间形成、在空间传播，震质是光的震动态粒子，介质都是静态光粒子

分析与解释：

设想实验1里，导电态的内部呈现电离态，形成电子波，所以实验1的双缝干涉会存在光波和电子波的重干涉，而真空态只是光的双缝干涉。

设想是实验2,里，导线接地是实验内电离态的消失，电子对空间静态光粒子的辐射减弱或消失，电子波也瞬间消失，所以双缝干涉现象不会发生，而带电的探测器具有导线性质。

wang-yi-14-48 网友的相关建议:

量子双缝干涉实验“恐怖”吗？ https://www.zhihu.com/video/1460585601715699712

传统的双缝干涉实验，认为光是波动。但是为了解决紫外灾难和光电效应，我们又说光的基本组成单位是光量子，好像粒子说又回来了。这个矛盾怎么解决？

我们需要重新做一下双缝干涉实验，来检验光量子。怎么重新做？在什么条件下重新做？既然光量子是光的基本组成单位，我们必须在足够低的亮度下做双缝干涉实验，保证每次通过狭缝的至多只有一个光子。这个时候，我们能看到什么现象呢？

这个实验最简陋的版本是 G 泰勒 1909年做的，直到21世纪，还不断有改进的版本出现。实验的结果，屏上出现的图像是这样的就是，单个光子打到屏上，看起来像个粒子，打到屏上的概率有个概率分布，有的地方更可能，有的地方几乎不可能。很多光子打到屏上，干涉条纹就涌现出来了。这个现象怎么解释呢？

科普里边，一般采用波粒二象性的语言，光量子既具备一部分波的特点，比如可以叠加，比如存在相位，就是振动向上向下；又具备一部分粒子的特点，比如可以一个个数出来，比如可以测量位置。光量子同时通过两条狭缝，体现光量子的波动性。在屏上显示成一个点，体现光量子的粒子性。屏上显示的点的疏密分布，要和波动性自洽，所以仍然有干涉相消的地方，点的疏密分布，概率分布，体现为干涉条纹。不仅是光，任何物体，比如电子，都有波粒二象性，都可以做双缝干涉。

这么说是对的，没有问题。但是，波粒二象性这套语言，属于一百年以前的旧量子论。现代研究论文里，很少使用波粒二象性这种模糊的说法。因为它有两个缺点：第一，因为模糊，所以数学上很难进一步发展；第二，这种说法给人一个误解，我需要把光量子解释成波，就解释成波，需要解释成粒子，就解释成粒子。我们不能这样用自己的目的来解释科学，打扮科学。量子实在，是一种实在，并不是像胡适说的，“任人打扮的小姑娘”（其实这句话也不是原话，是后人打扮过的结果），而是严格遵循一套数学规律。这套规律就是量子力学的基本假设。所以，今天我舍近求远，从量子力学的基本假设出发，再来给大家解释一遍低亮度双缝干涉实验。

量子力学中，一个光子，由一个“波函数”表示。波函数是一个取值可以是复数的函数。满足以下三条基本原理：

量子力学基本原理一，线性叠加。这是对波动性的一种抽象，假如一个系统可以处于一个状态，也可以处于另一个状态，那么它也可以处于这两个状态的叠加状态，就好比我对着你说一句话，同时你也对着我说一句话，这两句话的声波是彼此互相穿过，仿佛彼此不存在一样。这就是两列声波的叠加状态。

不过，量子叠加和经典波动有一个重要区别，量子叠加是 *同一个* 系统的一个状态和 *自己* 的另一个状态叠加，不是再拿一个系统来叠加。比如薛定谔猫，死猫和自己是活猫的状态叠加，而不是再来一只活猫来跟它叠加。

用到双缝干涉实验上，线性叠加体现在一个光子和自己叠加。重要的事情重复一遍，现在只有一个光子，走一个缝的状态和走另一个缝的状态叠加，这是一个光子的两个状态叠加。只要你接受量子力学线性叠加的假设，你就必须接受，光子可以处于叠加态。如果你觉得很难接受，就暂停一下阅读，从线性叠加的假设想起，重新捋一遍。

量子力学基本原理二，幺正性。用通俗，但是有点信息丢失的语言来说就是信息守恒，用不太通俗，但是大家可能也听说过的语言来说，就是波函数满足薛定谔方程。对于一个确定能量的状态，满足薛定谔方程的波函数应该长什么样呢？为了让信息不变多也不变少，这个波函数最好不增长也不衰减，而是利用波函数可以取复数值的好处，随着时间，在内部空间里转圈圈。也就是说，波函数随时间，会改变一个和能量相关的相位（exp i E t / hbar ）。如果大家不熟悉这个函数，就理解成，波函数确实体现出上下波动的性质。

用到双缝干涉实验上，幺正性体现在，走一条路径的光子，变了一个相位。走另一条路径的，处于线性叠加当中的同一个光子，因为路径长度不一样，它变了一个不同的相位。

好了，前面两个基本原理，都和经典的波动比较相似。所以，当光子马上要到达屏幕的时候，波函数在空间中的分布，就像经典的，强光的双缝干涉一样，呈现出强弱相间的干涉条纹。

现在，波函数马上就要到达屏幕了，当它到达屏幕的时候，会发生什么呢？这就是量子力学基本原理三，测量理论。我们今天只讲位置的测量。什么叫测量光子的位置？就是我放一个仪器，放一个测量仪器和光子去相互作用。大家不要望文生义，不要觉得我想要测量了，这就和意识有关系了。就是放一个测量仪器和光子去相互作用，测量仪器是物质，光子也是物质，物质和物质的相互作用，没有意识什么事，

好，我放一个仪器去测量光子的位置，双缝干涉实验里面，屏幕就是这个仪器。量子力学的测量假设的第一部分，是说，当我测量光子位置的时候，波函数会“坍缩”到具有一个确定位置的状态，就是在屏幕上体现为一个点。至于波函数为什么坍缩，怎么坍缩的，涉及到对量子力学的不同诠释，我会单独出一期讲这个问题。

那么，屏幕上具有确定位置的状态无穷多，波函数坍缩到屏幕上任何一点，都是一个具有确定位置的状态。光子到底坍缩到哪一个点上呢？这就是测量假设的第二部分，就是说，光子坍缩到屏幕上一个点的概率，正比于在这个点上，波函数的绝对值平方。所以说，在经典波动干涉相消的地方，一条路向上振动，一条路向下振动，波函数在这个点上被消掉了，波函数的值是零，绝对值平方也是零，光子就没有可能坍缩到这个地方。在经典波动干涉相长的地方，两条路同时向上振动，或同时向下振动，波函数的绝对值变大了，光子就有更多概率坍缩到这个地方。所以说，每个光子跑到屏上的位置不一定，但是，很多彼此互相独立的光子，每个光子独立地按照概率跑到屏幕上形成一幅点阵化的干涉条纹图像。

好，我们废了老大的劲儿，用量子力学的基本假设来讲双缝干涉。有什么好处？除了同时向大家介绍量子力学基本假设之外，最大的好处就是很容易推广。

比如延迟选择实验，你去看一下网上对延迟选择的好多讨论真的没眼看。什么意识又出来了啊，什么因果律不存在啊，当然我对事不对人，我只是说凭空把延迟选择实验搞复杂了的解读，就是因为我们用了太多“波粒二象性”这个历史包袱，而没有从第一原理出发解释问题。量子世界是令人惊讶的。但我希望量子世界给你的惊讶，不多不少，正是科学给你的惊讶，而不是凭空把事情搞复杂，然后自己吓唬自己。延迟选择实验有两个版本，下期视频，我们就来手撕其中比较简单的版本，过几期以后，我们再手撕另一个版本。

最后，划个重点，我们今天讲低亮度双缝干涉实验，同一时间，仪器中最多只有一个光子，我们先是用波粒二象性简单讲了，屏幕上本没有干涉条纹，到达屏幕的点多了，也便成了干涉条纹。但是，波粒二象性，讲讲而已。之后，我们用量子力学的三条基本假设，来从头解释双缝干涉。第一，线性叠加，光子的波函数是这两条路径的叠加。第二，幺正演化，每一条路径的波函数自己带一个“相位”，振动向上还是向下，甚至复空间里的一个圆，所以两条路径的波函数在马上到屏幕的时候体现出干涉现象。第三，测量位置，屏幕可以看成是测量光子位置的仪器。屏幕上每一点测到光子的概率正比于波函数绝对值的平方。特别是，通过干涉相消，屏幕上有的地方波函数等于零，这些地方没有光子能到达，所以，众多光子就组成了像素化的干涉条纹。另外，量子力学还有和算符有关的基本原理，以及和全同粒子有关的基本原理，今天我们就不介绍了。然后我还挖了两个坑，延迟选择和测量理论，会尽快填上。

最后的最后，我们把眼光从微观粒子，拉到整个宇宙。以天为被，以地为席。宇宙中星系分布里面，有没有低亮度双缝干涉实验的痕迹呢？这个问题上，三个最相关的研究工作，我有幸参与了两个。最近一个刚刚出炉。早期宇宙，一对儿相位相关的粒子从真空中产生出来，它们分别诱导出宇宙的密度波动，这两个粒子所诱导出的密度波动互相干涉，呈现出干涉条纹。最后，密度波动变成了星系形成的种子。密度波动的干涉条纹，也藏在了宇宙中的星系数量统计里边。这就是宇宙对撞机物理。希望未来的实验，能够找到它。你看，最大的宇宙，和最小的光子，都遵循同样的物理规律 ψ(._. )ψ

li-meng-tang-4 网友的相关建议:

尽量通俗的科普。

先说波和粒。

有个房间，你对着门口开了一枪，子弹从门飞进去打在一个点上，这是粒子，直线传播的。

还是这个房间，你对着门口吼了一声，里面的人站在任何一个位置都能听到，这是波。

这两种东西直觉上是觉得性质是截然相反的，但微观上偏偏就不是。记住这句话，看后面的内容。

杨氏双缝干涉实验，一束光通过两个缝隙，分成两个完全相同的光源，然后波峰波谷叠加，出现明暗条纹典型的波特性。

如果是粒子，想象一下，你用冲锋枪对着双缝扫射，后面放一堵墙。只有在枪口和双缝连线的延长线上，墙面才有弹孔，应该是聚集在两个地方的，这是典型的粒子性。

电子双缝干涉，是这样的，发射一束电子出去过双缝，唉，干涉的明暗条纹出现了，是波。

改成一个一个的电子发射，最后还是干涉条纹。那么问题来了，每次只有一个电子，它是如何同时过双缝，和自己干涉，然后出现明暗条纹的呢？

为了搞清楚这个问题，科学家在双缝上分别设置了感应器，电子通过的时候就会有信号，就知道电子是从哪个缝过去了，然后神奇的事情发生了，干涉条纹消失了，电子聚集在两个区域，表现出了粒子的特性。

后面还设计了更巧妙的实验，延迟擦除，懒得打字了，有人看再更。

4.22更新给9个评论的观众。延迟擦除，前面写错，已经更正。

双缝干涉的恐怖就在于这个延迟擦除，异常的毁三观。

现在我们已经知道，如果能测得电子通过哪一条缝，它就表现出粒子性（干涉条纹消失），如果不测就表现波动性（出现干涉条纹），那么如果把是否观测这件事放在干涉条纹这件事的后面，会出现什么呢？这就是所谓的延迟。

先科普一个概念，量子纠缠，可以理解为一对粒子，测出一个就知道另一个的状态，不管这俩粒子在天涯海角。

然后我用通俗的语言，概括一下延迟擦除。

还是光，通过A B两个缝，然后放一个晶体，过了这个晶体后就会产生一对纠缠态的光子（甲乙），然后甲射向屏幕，观察是否有干涉条纹，乙射进行另一个装置，我们就叫延迟观测装置吧。我们观测乙，就能知道甲的情况。

延迟观测装置针对A缝和B缝设计了两条光路，从A缝射出的进入光路a，从B缝射出的进入光路b。两条光路的路程不同，光路a需要 t1时间入射到检测结构，光路b需要t2时间入射到检测结构，那么根据最后入射到检测结构的时间，就知道乙到底走的是光路a还是光路b。知道它走哪一条光路，就能反推出它是穿过了哪个缝，这个时候屏幕上的干涉条纹消失了。

然后改变光路b中的一段，使得光路a和光路b的长度相同，也就是说擦除了二者差距那一段信息，最后入射到检测结构的时间相同，我们无法获知乙走的哪一条光路，也就无法反推它穿过那一条缝，这个时候屏幕上的干涉条纹又出现了。

可能有人觉得奇怪，直接在缝上测不就行了吗，搞这么复杂干嘛？

重点来了！！！敲黑板！！！

在延迟观测装置上，乙打到检测结构的时间，在甲投射到屏幕的时间之后！！

什么意思，比如说有个光子，它在通过双缝的时候，已经“知道”了未来是否会被观测，然后“决定”否进行干涉，是不是很奇怪？果出现在了因的前面，因果律还有用吗？

这个实验的延迟时间很短，零点几秒。如果光程长到几光年，那么光子能够提前几年知道自己是否被观测吗？

有人说这个实验顺带证明了上帝不存在，如果有全知全能的上帝，那么他一定知道粒子从哪个缝过去，那粒子就不可能出现干涉了。

还有一个奇怪的地方，粒子是怎么知道，人类具有足够的知识，能从光程差反推出来哪个缝的？比如做实验的是一个小学生，他并不知道改变光路b意味着什么，光子还是知道自己被观测了。

光子“默认”人类具有足够的知识能从一些条件推理得出它从哪个缝过去，他就认为出现那些条件的时候自己被观测了，这听起来多么的荒谬。

还有很多别的思考，手机打字不方便，就不展开了。

感觉到这个实验的恐怖所在了吧。

------------------万赞更新-------------

这个回答出乎意料的火，大量的私信我尽量回了，大家不要难为我，我也只是个科普爱好者，不是科研人员。

我不生产科学道理，只是搬运工……

推荐一下下面这本书:

我知乎盐入坑的小书，几个小时就能看完，趣味性、文笔和内容比本答案大概强一百倍，对科学感兴趣的同学一定要看看。

john.fan 网友的相关建议:

看完你就明白了～

双狭缝干涉实验 https://www.zhihu.com/video/1137658470055714816

如果这个不过瘾，再看看这个。

波粒二元 https://www.zhihu.com/video/1149368689173471232

如果真的想再了解了解，那就看这个～

小辛巴科普量子科学 https://www.zhihu.com/video/1149368982757957632

还想再爽点，就私信我～

wo-yao-bao-zhao-ni-23 网友的相关建议:

这个是b站上的一个视频，讲了光的双缝干涉实验在被观测和不被观测的情况下产生的两种形态。题主看了就明白了，很短，讲的很明白。

视频来自b站，侵删

看到大家对这个小视频还挺感兴趣的，再分享一个之前看过的小视频，很简短，简单讲了延迟选择实验和擦除实验，（通俗来说就是改变过去，此为原答案，本人之前理解有误），看完绝对改变你的认知（个人理解，大佬勿喷）。

经评论指出，延迟选择实验并不是改变了过去，而是粒子并没有"穿过"缝隙这个状态，在波函数坍缩前，粒子在整条路径（缝隙两边）上以概率方式存在。

（感谢 @passwordo2 指出）

视频9分50秒，看不懂或者嫌长不看的读者可以看下一个，简易版的延迟选择实验。

喜欢的点个赞谢谢各位大佬，手动滑稽

推荐一下我的另一个答案，关于量子纠缠。喜欢的可以移步了解一下。

第一个千赞回答，留念

喜欢的可以去看我另一个薛定谔的猫回答

zhujiangren 网友的相关建议:

这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇「灵异事件」。

116 年前的 12 月 12 日，马可尼收到横跨大西洋、人类史上第一个无线电信号的那一天。

似乎什么都没有改变。

包括马可尼自己，当时没有人能够想象，在接下来的一百多年，通信会把世界变成什么样子。

2016 年 8 月 16 日，世界第一颗量子通信卫星「墨子号」从酒泉发射的那一天。

就像当年的马可尼一样，我们也无从想象，未来的量子计算与量子通信，终将带来一个怎样的魔法时代。

绝对安全的信息传输？

智商秒杀全人类的人工智能？

瞬移、穿越不再是科幻？

潘建伟教授的量子通信卫星上天了。

5 年后，人人都会用无法破解的加密网络刷信用卡。你还觉得量子理论是象牙塔里的黑科技，和你的生活毫无关系？

让我们先从神秘的量子理论开始，解密量子通信。

这注定是一场不可思议的旅程。

如果你完全不懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证不用任何公式就能让你秒懂，连 1+1=2 的幼儿园数学基础都不需要。

如果你自以为懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证你看完会仰天长叹：什么是量子力学啊？

正如量子力学大师费曼所说：没有人懂量子力学。如果你觉得懂了，那肯定不是真懂。

在烧脑、反直觉和毁人三观方面，没有任何学科能够和量子力学相比。如果把理工男最爱的大学比作霍格沃兹魔法学校，那么唯一和量子力学专业相提并论的，只能是黑魔法。

然而，量子理论之所以如此神秘，并不是因为物理学家的故弄玄虚。其实，在量子理论刚诞生的摇篮时期，它只是一门人畜无害的学科，专门研究电子、光子之类小玩意儿。

而 「量子」 这个现在看来很厉害的名字，本意不过是指微观世界中「一份一份」的 不连续能量 。

这一切，都源于一次物理学的灵异事件。

百年战争

20 世纪初，物理学家开始重点纠结一个纠结了上百年的问题：光，到底是波还是粒子？

粒派

所谓粒子，可以想象成一颗光滑的小球球。

每当你打开手电，无数光子就像出膛的炮弹一样，笔直地射向远方。

很多著名科学家（牛顿、爱因斯坦、普朗克）做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种粒子。

波派

所谓波，就像往河里扔块石头，产生的水波纹一样。

如果把光看作是一种波，可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。

很多著名科学家（惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹）做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种波，电磁波。

可问题是，波和粒子毕竟是两种截然不同的东西啊！

粒子可分成一个一个的最小单位，单个粒子不可再分；波是连续的能量分布，无所谓「一个波」或者「两个波」；
粒子是直线前进的，波却能同时向四面八方发射；
粒子可以静止在一个固定的位置上，波必须动态地在整个空间传播。

波与粒子之间，存在着不可调和的矛盾。

于是自古以来，塞伯坦星上的科学家就分成两派： 波派和粒派 ，两派之间势均力敌的百年撕逼战争从未分出胜负。

很多人问我：科学家为什么要为这种事情势不两立，大家搁置争议、共同研究不就得了。

为了一个字：

信仰!

千面之神

且问你：《权力的游戏》中，信奉七神的维斯特洛人民，为何要与信奉旧神的关外野人拼个你死我活？

自古以来，人们为了信仰争端大开杀戒，早已不足为奇。

唯一的和谐社会可能是古希腊：他们的神多达百八十号，有管天上、有管地下，各路神仙各司其职，倒也井水不犯河水。

人称：希腊众神。

要命的是，科学家们信仰的神只有一个，而且是放之宇宙而皆准的全能大神。这位神祇的名字，叫作真理。

大到宇宙的诞生，小到原子的运转，科学家们相信，这个世界的万事万物都是基于同一个规律，可以用同一个理论，甚至同一套方程解释一切。比如，让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力，让月亮悬在空中掉不下来的也是万有引力。用同一个方程，既能算出地球的质量，也能让马斯克的猎鹰九号火箭上天，这就是科学的威力。

想要一个宇宙、两种规律？

对不起兄弟，别在科学界混了，您可以去跳个槽，比如竞选总统。

当然，科学家们没有谁敢自称是真理的代言人，就连牛顿谦虚起来都是这样的：「我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子，而真理的大海，我还没有发现啊！」

就算是捡贝壳，捡的多了，说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢！

整个科学史，就像一个集卡拼图的过程。做实验的科学家们每发现一个科学现象，搞理论的科学家们就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起，真理的图像就渐渐清晰。

在 20 世纪初，光学的知识储备和数学理论越来越完善。大家逐渐觉得，这一块的真相总算有希望拼出来了——结果却发现，波派和粒派的理论早已背道而驰，还各自越走越远。这就好比你集了一辈子卡片，自以为拼得差不多了。这时突然发现，你拼出的图案居然和别人是不一样的，而且差的不是一点点！

是不是有种把对方连人带图都砸烂的冲动？

当时波派和粒派都坚信，自己手上的拼图，才是唯一正确的版本。

双方僵持不下直到 1924 年，终于有人大彻大悟： 波 or 粒，为什么光不能两者都是呢？

也许在某些时候，粒子看起来就像是波；在另一些时候，波看起来就像是粒子。波和粒如同阴阳一般相生相克，就像一枚硬币的正反两面（波粒二象性），只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。

真理确实只有一个，但是真理的表现形式，会不会存在着多个版本？

难道真理就是那个千面之神，用千变万化的面目欺骗了我们如此之久？

灵异的实验

究竟是波，是粒，还是波粒二象，大家决定，用一个简单的实验来做个了断：

双缝干涉实验

双缝，顾名思义，就是在一块隔板上开两条缝。

用一个发射光子的机枪对着双缝扫射，从缝中漏过去的光子，打在缝后面的屏上，就会留下一个光斑。（等效于 1961 年电子双缝干涉实验）

在实验之前，科学家的推测如下：

第一种可能

如果光子是纯粒子，那么屏幕留下两道杠。

光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过，那么屏幕上留下的一定是 2 道杠，因为其他角度的光子都被板挡住了。

第二种可能

如果光子是纯波，那么屏幕上会留下斑马线般的一道道条纹。

光子穿过缝时，会形成 2 个波源。两道波各自震荡交汇（干涉），波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间正反抵消，最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线（干涉条纹）。

第三种可能

如果光子是波粒二象，那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。

总之，

两道杠 = 粒派胜；

斑马线 = 波派胜；

四不像 = 平局。

是波是粒还是二合一，看屏幕结果一目了然，无论实验结果如何，都在我们的预料之中。

第一次实验 ：把光子发射机对准双缝发射。

结果：标准的斑马线。

根据之前的分析，这证明光子是纯波。OK，实验结束，大家回家洗洗睡吧。

粒派不服：我明明知道光子是一个一个的粒子！

这样，我们再做一次实验，把光子一个一个地发射出去，看会怎么样，一定会变成两道杠的！

第二次实验 ：把光子机枪切换到点射模式，保证每次只发射一个光子。

结果：斑马线，竟然还是斑马线，怎么可能？我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊！

最令人震惊的是，一开始光子数量较少时，屏幕上的光点看上去一片杂乱无章，随着积少成多，渐渐显出了斑马线条纹！

光子要真的是波，那粒派也不得不服。

问题是：根据波动理论，斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加；而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝，穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉？

难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个？一个光子分裂成左半光子和右半光子，自己的左手和右手发生了关系？事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休，我们倒要看看，光子究竟是怎样穿过缝的。

第三次实验 ：在屏幕前加装两个摄像头，一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子，就说明光子穿过了哪条缝。同样，还是点射模式发射光子。

结果：每次不是左边的摄像头看到一个光子，就是右边看到一个。一个就是一个，从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。

大家都松了一口气。 光子确实是一个个粒子，然而在穿过双缝时，不知怎么就会变形成两道波同时穿过，形成干涉条纹。

虽然诡异了些，不过据说这就是 波粒二象性 了，具体细节以后再研究吧，这个实验做得人都要精分了。

然而，就在这时，真正诡异的事情发生了……

人们这才发现，屏幕上的图案，不知什么时候，悄悄变成了两道杠！

没用摄像头看，结果总是斑马线，光子是波；

用摄像头看了，结果就成了两道杠，光子变成了粒子。

实验结果取决于看没看摄像头？

这不科学啊，做物理实验竟然见鬼了啊！

一个貌似简单的小实验做到这份上，波和粒子什么的已经不重要了，重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。

这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。

观察者魔咒

你还没看出灵异在哪里？

好吧，请先看懂下面这个例子：

电视里正在直播足球比赛，一个球员起脚射门——

「咔」暂停，你预测一下这个球会不会进？

在球迷看来： 球进还是不进，和射手是不是 C 罗、梅西有关，和对方门将的状态有关，和裁判收没收钱说不定还有关。

在科学家看来： 有关的东西更多，比如球的受力、速度和方向，距离球门的距离，甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。

不过，只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算，完全可以精确预测三秒后球的状态。但无论是谁，大家都公认的是，球进与不进，至少和一件事情是绝对无关的：

你家的电视。

无论你用什么品牌的电视，无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏，无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡，当然更无论你看不看电视直播——该进的球还是会进，该不进就是不进，哪怕你气得把电视机砸了都没用。

你是不是觉得，上面说的全都是废话？那么，仔细听好：

双缝干涉的第三次实验证明了，在其他条件完全相同的情况下，球进还是不进，直接取决于在射门的一瞬间，你看还是不看电视！

看还是不看，这是一个问题！

光子从发射器射向双缝，就好比足球射向球门；用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法，就好比用电视机看进球。

第三次实验与第二次的唯一区别，就是实验 3 开了摄像头观察光子（看电视），实验 2 没放摄像头（不看电视）——两次实验的结局竟截然不同。

这，就是观察者的魔咒。

难道说，不看光子它就是波，看一眼，它就瞬间变成粒子？

难道说，「光子是什么」这一客观事实，是由我们的观察（放不放摄像头）决定的？

难道说，对事物的观察方式，能够改变事物本身？

三观崩塌

在所有人懵逼的时候，还是有极少数聪明人，勇敢地提出了新的理论：光子，其实是一种智能极高的外星 AI 机器人。

之所以观察会导致实验结果不同，是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了，如果发现有摄像头，它就变成粒子形态；如果发现是屏幕，就变成波的形态。

这个理论让我想起了传说中的：

难道机器人阿童木真的存在？（「阿童木」是日语「アトム」的发音直译，词语源自英语「Atom」，意即「原子」）

这种扯淡理论居然没被口水喷死，还要做实验去验证它，可见科学家们已经集体懵逼到了什么地步。

第四次实验：

事先，只有屏幕没有摄像头；

我们算好光子穿过缝的时机，等它穿过之后，再以迅雷不及掩耳之势加上摄像头。（等效于 1978 年惠勒延迟选择实验）

结果是啥？

无论加摄像头的速度有多快，只要最终加上了摄像头，屏幕上一定是两道杠；反过来，如果一开始有摄像头，哪怕在最后一刻秒秒钟撤掉，屏幕上一定是斑马线。

回到看球赛的那个例子，就好比：我先闭上眼睛不看电视，等球员完成射门、球飞出去 3 秒钟后，我突然睁开眼睛，球一定不进，百试百灵。

在你冲出门去买足彩之前，我先悄悄提醒你：这种魔咒般的黑科技，目前只能对微观世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球这样的大家伙，量子还做不到啊！

请注意，加不加摄像头，是在光子已经穿过双缝之后再决定的。不管光子在穿缝的时候变成什么形态，过了缝应该就定型了。

既然光子的状态在加摄像头之前就定型了，为什么实验结果还是能在最后一刻发生变化？

难道说，在之后做出的人为选择（未来），能够改变之前已经发生的事实（历史）？

而且，加摄像头的速度，可以做到非常快（40 纳秒）。就算光子真的是个狡猾的微型变形金刚，当它变成波的形态穿过双缝，在最后一刻却发现面前是一个摄像头时，它也来不及再次变身了吧？

「主观决定客观」「未来改变历史」「外星人其实是无处不在的光子」……

好端端一个实验弄得谣言四起，物理学家们纷纷感到几百年来苦心经营的科学体系正在崩塌。

与之一起崩塌的，还有全人类的三观。

量子魔法时代的大幕，正在徐徐拉开。

为了一只猫的死活，100 年前的天才哲学家，学历最高的足球运动员，撩妹无数的量子力学教授……他们都在纠结个啥？

另一些人，却恰恰相反——他们做任何事，都是为了纠结，下面我要说的，就是另一些人的故事。

学历最高运动员

1908 年夏天。

丹麦，哥本哈根。

一名足球运动员正在思考自己的前程。

23 岁，是时候做个决定了。比自己小两岁的弟弟，已经成为国奥队的中场核心。在刚刚结束的伦敦奥运会上，哈那德·玻尔率丹麦队 17：1 血洗法国队，斩获银牌创造「丹麦童话」，一夜之间成为家喻户晓的球星。

而我，作为丹麦最强俱乐部——哥本哈根 AB 队的主力门将，居然从未入选国家队，这简直是一种耻辱。

国家队大名单里怎能没有我？

教练说我什么都好，唯一的弱点是喜欢思考人生。

上次和德国米特韦达队踢友谊赛，对手竟敢趁我在门框上写数学公式的时候，用一脚远射偷袭，打断我的思路！最后一刻不还是被我的闪电扑救解围，要是后卫早点上去堵枪眼，那场球踢完就可以交作业了。

是成为世界最伟大的门将，还是成为世界最伟大的物理学家，这是一个问题，我需要纠结一下。

第一章里我们讲到，100 多年前，为了搞清光子究竟是波还是粒子，科学家们被一个貌似简单的「双缝干涉」实验弄到集体「精分」。

这个实验明白无误地说明，光子既可以是波，也可以是粒子。

至于它到底是什么，取决于你的 观测姿势 。

装摄像头观测光子的位置，它就变成粒子；不装摄像头，它就是波！

我们曾经天真地以为，无论用什么样的姿势看电视直播，都不可能影响球赛结果，可是在微观世界中，这个天经地义的常识好像并不成立，这就是那么多高智商理工男懵逼的原因。

但是在玻尔看来，将宏观世界的经验常识套用到微观世界的科学研究上，纯属自寻烦恼。

通过常识，我们可以理解一个光滑小球的物理属性；但是凭什么断定，组成这个小球的万亿亿亿个原子，也一定有着和小球完全相同的属性？

凭什么在微观世界中，原子、电子、光子，一定要遵循和宏观世界同样的物理法则？

一般人纠结的问题无非是：量子世界的物理法则为什么这么奇怪啊……

只有天才，能够直截了当问出关键问题：这些法则是什么？

严格来说，量子理论是一群人，而不是一个人创立的。但是如果一定要选出一个「量子力学代言人」的话，我觉得非玻尔莫属，因为当别人纠结的时候，他第一个想通了。

通过前面那些烧脑的实验，玻尔总结了量子世界的三大基本原则：

态叠加原理

在量子世界，一切事物可以同时处于不同的状态（叠加态），各种可能性并存。比如，在双缝干涉实验中，一个光子可以同时处在左缝和右缝。这种人类无法想象的叠加态，才是最普通不过的本质形态；而在我们看来「正常」的非黑即白，才是一种特例。

测不准原理

lei-yi-49-59 网友的相关建议:

恐怖在我们发现上帝的电脑性能不是很好，为了避免空耗GPU，他写了一个onObserver事件，只有被观测的时候才执行代码渲染图像，其他时候代码不运行。

上帝这么忙还在努力优化代码，优化做的不好的程序员不感到羞愧吗

yao-da-shi-17 网友的相关建议:

汤姆喜欢牛奶，杰瑞喜欢奶酪。

汤姆和杰瑞关在一个箱子里，箱子通过一个水管与外界联通。

我们在水管这一头放上一盆奶，汤姆就会跑出来。放上一块奶酪，杰瑞就会跑出来。

看起来很正常。直到有一天，我们发现箱子里的汤姆和杰瑞不可能知道水管这头放了什么。

我们怀疑是我们有什么地方遗漏了，被这两个家伙发现了。

于是，有个精神病设计了一个实验。他把水管拉长到一公里。等到有动物跑到水管里，快要出来的时候，再把食物放到水管口。因为这时候，里面是谁已经确定，不可能改变了。

结果，只要一放上牛奶，跑出来的就是汤姆；一放上奶酪，出来的就是杰瑞。

pu-pu-pu-519 网友的相关建议:

就好比你好不容易攒齐了七龙珠，向神龙许愿，“我想要拥有预知一切未来的能力！”

然后你拥有了这个无敌的预知能力。

你非常兴奋，觉得已经天下无敌，于是你预知了下一期福彩的中奖号码，然后你掏空了钱包里的所有钱，买了整整1000注，

马上你就要成为亿万富翁了！

你期待着，兴奋着，

然而

但奇怪的事情发生了，中奖号码和你预知的有很大出入，你蒙了，

难道是神龙给的预知能力出了什么问题？

接着，你又预知了下一期福彩的号码，但是因为你已经身无分文了，所以没有买。

公布开奖结果后，你第一个跑到彩票店看结果，

预知是完全正确的！

接着你反复试了几次，逐渐发现了规律！

当你只要买了预知的号码，彩票结果就不再和预知的号码一样了；

而你若是没有买预知的号码，彩票结果就和预知的号码完全一样！

这时，你想起了一个叫双缝干涉物理实验，当你观测光子路径的时候，光子仿佛知道你在观测一样！而你不观测的时候，它就成了一种都有可能的随机状态！

没错，这个彩票系统肯定有问题，

里面仿佛有个说不清道不明的黑箱机制，像是读心术一样知道了你在预知这个结果！

不禁毛骨悚然！

......

彩票工作人员：大奖当然要留给领导滴呀！咦……怎么又有家伙中奖了呀，赶紧改个没人买的号！

赞数有点多了，就说几句吧。

首先，谢谢大家的支持和点赞；

然后，本故事的发生位置大概位于天津四那边的某个星球上，所以与地球无关——请不要再问我有没有欠水费了，我都按时缴的；

最后，感谢Seven同学对我回答提出的建议，我会好好学习的，也希望各位大大可以对意见相左的评论保持宽容，至少不要冷嘲热讽，

因为友善是交流的起点的说！（。' v ' 。）

小伙伴的点赞数越来越多了，

有的小伙伴还是希望我更严谨一些，那我就往深处多说一点吧。

当然，继续说下去，可能会有些晦涩难懂，因为答主的知识并不足以化繁为简。

有些小伙伴会觉得上面那个例子不够严谨，这是当然的。

所谓文学中的比喻，按数学的说法是一种做逻辑回归的手段、按生物学的说法是让你的大脑体验相似的放电现象——比喻自然不能绝对拟合学习获得的知识。

原回答的小段子，我自以为还是比较靠谱的说出了双缝干涉的几个特点：1. 观察会改变实验结果；2. 微观粒子有神秘的随机特性。

那么接下来要讲的内容就和这“随机”相关，

也就是量子力学的海森堡不确定性理论。

当然由于这个内容相对于关注这个问题的小伙伴们，可能已经比较深了，

所以可能需要以下铺垫：

1. 傅里叶变换；2. 狭义相对论； 3. “相信”几个假设。

其实不仅仅是微观世界，哪怕在日常生活中只要和波啊、频率啊相关的东西，都会出现不确定性。

举个例子，

假设你买了个超耐磨的新手表，在天津四那边某个行星的购物网站“并夕夕”上买的，

只要5块钱，消费降级，很划算！

你放上电池，对着新闻联播，调好时间。电视上走一秒，它也走一秒，嗯，很准确！

结果到了晚上，就出问题了。

你的手表才晚上11点，但现实时间已经凌晨2点了！

手表的秒针跳动的频率居然慢了，差评！

于是你又双叒叕熬了夜，第二天打瞌睡，被老板训的狗血喷头。

所以你明白了一个道理——观察的时间越短，越无法判断秒针频率的准确度；反之，观察的时间越长，你就越能知道手表的准确度。

这就是一个日常中可以见到的不确定性例子，“观察的时间”和“对频率判断的准确度”之间，此消彼长、此长彼消。

再举个例子，

假设你是一只飞行了几百万公里的老蝙蝠，对飞行技巧驾轻就熟。

而你的前面，是一只发了疯的咩咩羊，你必须要躲开它！

所以，你要用声波判断咩咩羊的位置和它现在的速度，来预判危险。

于是，你吐出声波！

如下图：

你假设这只咩咩羊正拼命向你本来，

所以原本的声波返回的时候会被压缩那么一丢丢。

于是在你脑海中形成了这样的图像：

那么该如何知道发疯咩咩羊距离你的位置呢？

这是一道初中题，只需要把“返回的”时间减去“发射的”时间，再乘以声音的速度就可以啦！

但你可是一位飞行了几百万公里，村里面有名的逮虾户老蝙蝠，你还可以从这个图里获得别的信息！

没错，你把它进行了傅里叶变换。

众所周知，傅里叶变换是我们频率分析的利器，你是老蝙蝠，这自然难不倒你，于是你脑海里又有了如下的图像：

这样你就可以通过这两个频率的幅度变化，推算出咩咩羊目前的速度。

不过你很清楚，因为你吐出的声波是有时间长度的，如果你吐出了一段足足长达一分钟的声波，那返回的声波就很难定位了，所以吐声波的时间越短，你得到咩咩羊位置的准确度就越高。

于是你决定吐一口短时间的声波。

但理想很丰满，现实很骨感，这个场景里并不只有你和咩咩羊，还有在玩耍的萌萌兔和邻居的呆呆狗，加上各种各样的噪音，虽然在时间图上确定位置没出什么问题，但由于声波时间过短，导致得出的傅里叶变化后的频域图就太乱了！

也就是说你没办法确定咩咩羊的速度了！

所以你必须要吐长时间的声波，因为根据傅里叶变换，越长时间的声波变换后的图像会越“尖锐”，你才能算的准确。

这样，你就遇到了一个两难的问题——要么吐长时间波，那样你就得不到准确的位置；要么吐短时间的波，算不出准确的速度。这两者不能同时顾及，这就是傅里叶不兼得（Fourier trade-off）。

那这和要说的随机有什么关系呢？

在公元4291年，也就是一战后的某天，有位叫德布罗意的哲转物的天才发表了一篇博士论文，说：“所有物质，都具有波动性！”

还说：“任何运动粒子的动量，正比于波的空间频率！”并给出了公式：

（那个p就是动量里的p，那个h指的是广泛用的常数，那个长得像麦当劳螺旋薯条的东西就是空间频率）

那他本人是怎么做解释的呢？以下是论文原文。

Consider a large,horizontal circular disk,from which identical weight are suspended on springs.Let the number of such systems per unit area,i.e.,their density diminish rapidly as one moves out from the centre of the disk,so that there is a high concentration at the centre. All the weights on springs have the same period;let us set them in motion with identical amplitudes and phases.The surface passing through the centre of gravity of the weights would be a plane oscillating up and down.This ensemble of systems is a crude analogue to a parcel of energy as we imagine it to be.

作者建议你想象出一个大平桌子，下吊着一根根弹簧，每根弹簧上都有个小球，小球有大有小，都以一个相同的周期运动着。质量分布密度用球的大小表示。

我们学过狭义相对论，在一个参照系内同时发生的事情，换个参照系就不一定同时发生了。

那么，如果我们在这个模型中做相对运动，那么球就不是同时振动的了！

接着，如果假设空间里的粒子当做一种波，那么把这个波做一次傅里叶变换，就可以得到粒子的空间频率，

继续推导，还记得那个麦当劳螺旋薯条公式嘛？动量是正比于空间频率的，那么动量也可以表示成一种波，因为把这个空间频率乘以一个常数，就是动量了。

那么根据之前讲的傅里叶不可兼得例子，你在空间中的波越“尖锐”也就代表了你在空间中的位置越明确，而你的动量就越模糊；反之，你的动量越明确，你在空间中的位置就越模糊！

这就是不确定性的原理——你不可能同时知道一个粒子的位置和它的动量。

如何理解海森堡的「不确定性原理」？ - 小侯飞氘的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/27223172/answer/362660166

想更准确的理解，可以参考这位答主的内容。

同时，因为基于了这个假设，所以这不是测量缺陷的问题，是波这个性质本身就会遇到的数学问题。

而且，这种不确定性，会让单位空间内的物质以一种概率的方式在存在着。理论可以连续，但现实是离散的。

我们宏观层面的事物都是那么显然，什么样的因推导出什么样的果；而微观世界，却又告诉我们这仅仅是个概率罢了。

如果这不是宇宙的真随机事件，那它的随机种子又是什么呢？

答主知识浅浅地止步于此了，更新了很多内容，同时用新买的数位板灵魂画手了一下，希望能给小伙伴们提起一些好奇心。

解释有误的地方，还请多打打脸，不要误导了小伙伴们。

双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？的其他答案点击这里

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双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？第1页

一、第一原理：光的本质理论

二、电子双缝干涉探测实验分析：

百年战争

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灵异的实验

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