探討雙縫實驗

秦勝華

（漯河市召陵區姬石鄉宋寨村，河南漯河462025）

探討雙縫實驗

秦勝華

（漯河市召陵區姬石鄉宋寨村，河南漯河462025）

由單電子、單光子雙縫實驗提出:電子、光子不但具有波粒二象性，而且還具有二位一體的性質。電子、光子很可能是多位一體的，只在雙縫實驗中才表現為二位一體的現象。電子二位一體的性質否定了多世界解釋，光子二位一體的性質否定了惠勒的延遲實驗。

雙縫實驗；波粒二象性；二位一體；多位一體；多世界解釋；延遲實驗

雙縫實驗告訴我們：當很多電子通過雙縫向偵測屏發射，在偵測屏上得到的卻不是兩條豎線圖案，而是像一個水波條紋干涉圖案。人們可以很容易解釋所產生的干涉圖案，因為這些電子會互相地干涉，假若電子是一個一個發射出來，在每一單位時間內，平均只有一粒電子被發射出來。每一個電子通過兩條狹縫后，電子會顯示于偵測屏的某個位置，累積許多電子在偵測屏的位置，顯示于偵測屏的干涉圖案與原本的電子雙縫實驗圖案相同。這說明波動現象不是和很多粒子同時存在聯系的，似乎波動性是各個粒子具有的性子［1］，這也說明單獨的電子好像可以同時通過兩條狹縫并有獨自干涉自己的可能，難道一個電子真的可以同時通過兩個狹縫，從而自己與自己產生干涉？更不可思議的是：當我們試圖確定電子究竟是通過哪條縫，不論采取何種先進手段，干涉圖樣立即消失，這些匪夷所思的現象究竟意味著什么呢？

1　提出了電子既有波粒二象性，又具有二位一體的性質

單個電子是如何通過狹縫，事實上，我們不可能從實驗上測知電子到底是通過了哪個縫，對于這個問題，就有著不同的解釋。

A.兩個不同世界的配對電子之間的干涉，這就是量子論的“多世界解釋”［2］。這個解釋有些玄學的味道。在電子雙縫干涉實驗中，假設在我們這個真實世界有一電子穿過了雙縫中的一個狹縫，那么，在另一個真實的世界，就有另一個電子同時穿過了另一個狹縫。電子的干涉被理解為兩個平行世界的干涉。

B.在雙縫實驗中，假設縫1與縫2是分別打開的，電子出現在接收屏x處的概率分別是：

P1（x）=|ψ1（x）|2，P2（x）=|ψ2（x）|2

當縫1與縫2同時打開，哥本哈根學派認為，電子出現在接收屏x的概率可以描述為：由電子槍發出的單態電子，在到達雙縫后變成雙態電子，兩條路徑的兩個電子態ψ1（x）和ψ2（x）的相干疊加形成干涉圖樣，即單個電子同時通過雙縫并與自己發生干涉。換句話說，單個電子一分為二的通過了雙縫，這應該是現行量子力學教科書最權威的解釋［3］。

P（x）=|ψ（x）|2=|ψ2（x）+ψ2（x）|2

=P1（x）+P2（x）+2Re（ψ1（x）ψ2（x））

這個解釋也不十分完美，在實驗中常常把電子理解為不可分的經典粒子。雙縫實驗中，狹縫縫距為1μm，經典電子半徑為2.82×10-15m。如果每個電子是以粒子的狀態通過狹縫的話，不管是通過哪一條縫，總是只能穿過其中的一條，這時另一條縫的存在與否對這個電子的穿過行為并不產生影響。累積許多電子在偵測屏的位置數據，在偵測屏上得到的應是兩條豎線圖案，而事實卻類似一個水波條紋干涉圖案。

如果探測電子是從哪條縫過來的，結果很意外：每個電子都只穿過一條縫，從不可能有實驗在兩個縫上同時發現同一個電子［3］。實驗之所以如此匪夷所思，正是對電子位置的測量、使原來從兩條縫“同時”穿過的電子狀態發生突變，塌縮成為僅從一條縫穿過的狀態。所有實驗表明，每次位置測量的結果，確實說明電子只從一條縫通過；但卻并不能表明，做這類辨認測量之前，電子在客觀上也是只從一條縫通過［3］。

雙縫實驗傳出的最重要的信息是幾率幅：ψ（x）到達x點有兩條可能的路徑，相應于兩個幾率幅ψ1（x）與ψ2（x），在x點找到電子的幾率正是這兩個幾率幅之和的模平方。基于以上分析，本文提出：第一，電子不但具有波粒二象性，同時也具有二位一體的性質。第二，電子的二位一體是指一個自由電子本身就是由兩部分組成，只有在受到干擾時才會塌縮為一個完整的粒子形象。在雙縫實驗中，電子槍發出的每個電子本身就是兩部分，一部分以幾率幅ψ1（x）表示，另一部分以幾率幅ψ2（x）表示。它們分別通過雙縫，這兩條路徑的兩個電子態ψ1（x）和ψ2（x）的相干疊加形成干涉圖樣，即單個電子同時通過雙縫并與自己發生干涉。

2　提出了光子既有波粒二象性，又具有二位一體的性質

雙縫實驗中，假若，光子是一個一個地發射出來，在每一單位時間內，平均只有一個光子被發射出來。每一個光子通過兩條狹縫后，這光子會顯示于偵測屏的某個位置。累積許多光子在偵測屏的位置數據，顯示于偵測屏的干涉圖案與原本的雙縫實驗圖案相同。這說明光子不但具有波粒二象性，還具有二位一體的性質。

3　小結

在雙縫實驗中，電子槍發出的每個電子本身就是兩部分，一部分以波幅ψ1（x）表示，另一部分以波幅ψ2（x）表示。那么量子論的“多世界解釋”就是錯誤的，也就不存在兩個不同世界的配對電子之間的干涉。惠勒提出的延遲選擇實驗是量子雙縫實驗的一個擴展，該實驗指出，我們可以“延遲”光子的決定，觀察者現在的行為可以決定光子過去是走一條路線還是走兩條路線［4］，此種說法顛覆了事件的因果關系。由于光子具有二位一體的性質，一個光子在傳播過程中既可以走一條路線，又可以走兩條路線。因此，在惠勒的延遲實驗中，觀察者現在的行為決定光子過去是走一條路線還是走兩條路線就是錯誤的，觀察者現在的行為只能決定光子現在是走一條路線還是走兩條路線。或許，電子、光子本身就是多位一體的，只在雙縫實驗中才表現為二位一體的現象。電子、光子的多位一體是指電子、光子本身就是由很多基本粒子組成，只有在受到干擾時才會塌縮為一個完整的粒子形象。

［1］褚圣麟.原子物理學［Μ］.北京：高等教育出版社，1979：89-90.

［2］H.Everett III."Relative State"Formulation of Quantum Mechanics［J］.Rev.Mod. Phys，1957，（29）：454-462.

［3］張永德.量子力學［Μ］.北京：科學出版社，2008：4-7.

［4］John A.Wheeler.At Home in the Universe［Μ］.American Institute of Physics，1994：112.

［5］譚毅.夫瑯禾費單縫衍射實驗的仿真研究［J］.物理通報，2011，（06）：83-84.

［6］夏玉珍.單縫衍射圖像的仿真與研究［J］.光譜實驗室，2011，（04）：111-112.

［7］馬湘東.三維空間單縫衍射、光柵衍射、雙縫干涉和N縫干涉實驗研究［D］.太原：太原理工大學，2005.

［8］陶瑩，劉曉靜，王清才，等.光雙縫衍射的量子理論［J］.吉林大學學報（理學版），2011，（04）：94-95.

［9］張國前，薛紅.光場相干性探討［J］.固原師專學報，2001，（06）：77-78.

Discussion on double-slit experiment

QIN Sheng-hua
（Songzhai Village of Jishi County，Shaoling District，Luohe City，Luohe 462025，China）

Single electron and single photon double-slit experiment propose that electrons and photons have characteristics of wave-particle dualism as well as two-in-one property.Electrons and photons are likely to have two-in-one feature in double-slit experiment.Characteristic of electron two-in-one has denied multi-world interpretation，and characteristic of photon two-in-one has denied delay experiment of Wheeler.

Double-slit experiment；Wave-particle dualism；Two-in-one；All-in-one；Multi-world interpretation；Delay experiment

秦勝華（1973-），男，河南漯河人，喜歡讀物理學與哲學書籍，也喜歡物理試驗。申請過兩項專利，其中七彩虹燈罩專利的原理被編入北京師范大學出版社出版的八年級物理教師教學用書。

O431.2

A

1674-8646（2016）14-0006-02

2015-12-15