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相反,它表明亚原子粒子以非常没有章法的方式运动。
例如:他们以每秒一个光子的速率,向一块有两道缝的金属板射出一束光子时,他们的预想是,在双缝后方的墙面上会形成两道直线的图案。
这正是子弹被射向有双缝的金属板后会发生的情况。
但是相反,光子生成了一个波的干涉图样,就像池塘中两波涟漪相遇会形成的图案。
根据经典力学原理,这应该不可能发生。
研究者们对到底发生了什么毫无头绪,直到他们考虑到每个单独的光子都同时穿过两个缝隙的可能性。
虽然这听起来非常有违直觉,但波的干涉图样肯定是每个光子与其自身干涉的结果。
为了更形象地理解,可以想象成一个光子同时依循每一条可能的轨迹运动,所有的这些轨迹向外辐射如同一股浪,同时抵达两条缝隙。
在这股“浪”
穿过两条缝隙时,它在另一边形成了干涉图样。
其所有可能的轨迹以叠加态共存,像不可见的力线一样相互作用。
1925年,这一概念由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔[25]以数学形式表示了出来。
他写了一个公式,通过亚原子粒子的“波函数”
,生成一个粒子可能依循的所有轨迹的地图,预测了量子系统的行为。
从那以后,物理学家一直用薛定谔的公式来为量子力学系统的行为建立高度精确的模型。
但还有一个问题。
叠加的概念虽然出色地解释了亚原子粒子看似古怪的运动方式,但它并没有解释,当一个粒子最终打到双缝板背后的墙上时,为什么只打到了一个位置。
这违背了所谓粒子同时循多条轨道运动的主张。
那么,粒子是如何从叠加态回到仅处于单个位置的呢?
这就是物理学家接受了叠加态的概念之后,困扰他们的问题。
即粒子如何从同时存在于多处的概率性对象,转变为在空间中具有固定位置的确定性对象的谜题。
这在后来被称为“测量问题”
,因为这种转变似乎发生在测量或探测的时刻。
20世纪20年代,物理学家尼尔斯·玻尔[26]和沃纳·海森堡[27]为测量问题提供了一种解答。
他们提出:是观察这个行为,以未知的方式,造成薛定谔的波函数描述的无限种可能的轨迹坍缩成一条轨迹的。
他们主张,仅仅通过观察一个处于叠加态的粒子,观察者就能让它选择单个位置。
因为玻尔是丹麦人,生活在哥本哈根,所以这种解读后来就以“量子力学的哥本哈根诠释”
之名为人们所熟知。
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