光的干涉应用毕业论文

就是一个不知名的科学家提出来的，因为他觉得人的意识是非常的厉害的，即使人死了，那么意识仍然可以干涉条纹，是因为人的精神物质还在。

随着科学技术的发展，人们对世界的了解越来越深刻，当然通过天神的观察再来惩罚一些恶人，这种说法并不可靠。但在一些微观世界里面，这些微观粒子好像就是拥有灵性一样，会懂得识别观察者的观测，这就不得不说双缝干涉延迟实验了。

早在牛顿提出光的粒子性之前，就已经有人提出了光的波动性，他就是惠更斯。那时候惠更斯已经提出了光的一套综合理论，对于光的传播、反射定律和折射定律，都能解释一些相应的自然现象。

但这个理论在一些其他的自然现象的解释当中就遇到了困难。同一时期，另外的一位伟大科学家牛顿，就提出了光的粒子性，它认为光是有很多不同颜色的粒子混合在一起，并且可以通过三棱镜折射出不同的颜色，牛顿也通过光的粒子性来建立起光的颜色理论。

由于当时牛顿在科学界上的地位已经非常高，现在常常所讨论的万有引力定律就是由牛顿证明的，而且他还是英国皇家科学院院长，加上他的这个身份，人们认为牛顿所提出来的光的粒子性更拥有权威性，所以在之后的很长一段时间内，光的粒子性都占有了非常大的位置。

到了1807年，有一个医生改行研究物理学的，他就是托马斯·杨，他设计出了光的双缝干涉实验，以此来证明光的波动性。但牛顿在英国科学界的地位非常牢固，这种新的实验带来的证明，并没有在英国得到很好的传播，但这个实验一传到了法国之后，就得到了法国科学家的确认，并且使他们对光的波动性的确认。

不过这并无法否定光的粒子性学说，基本上科学界对于光的性质又分成了两派，其中一派支持光的波动性，另一派是支持光的粒子性。这又引起了人们的争论，人们纷纷通过实验来证明自己支持的学说，但在很长的时间里，谁也无法说服谁，总的来说还是光的波动性占据了上风。

随着光电效应被人们所发现，紧接着爱因斯坦也提出了光量子学说，可以很好的解释了光电效应，又使得人们对光的粒子性得到重新的认识。爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

由于这些新的发现，和任何一派的学说都无法说服对方，所以物理学者不得不承认，光除了波动性之外，还拥有粒子性，这也就是波粒二象性。

1924年，在光的波粒二象性启发下，法国的物理学家德布罗意认为，不仅仅是只有光才会拥波粒二象性，他认为一切的微观粒子，包括电子、质子和中子，都应该拥有波粒二象性。

德布罗意按照这一思路，并且应用了狭义相对论，计算出了这些波长与速度之间的关系，并且还弄成了一篇博士毕业论文，但当时他的导师无法作出决定，就将这篇论文发给了爱因斯坦，请爱因斯坦对论文进行评价。

此时的爱因斯坦在科学界已经拥有了很大的权威，他的评论自然会在科学界上受到很大的重视，而爱因斯坦所给出的评价，大概也就是这篇论文里面拥有的一些狠心很有趣的思想等等。

有了爱因斯坦的回信，对论文进行评审的评审委员会成员也就不敢随意地下定论了，在论文的答辩过程中，他们就问德布罗意应该如何才可以通过实验验证他的这个假设。

按照这个假设，德布罗意认为可以通过电子加速之后投射到一些晶体上，这样就可以给电子进行衍射实验，以此来证实电子拥有波动性。其实当时已经有一些科学家利用电子来进行衍射实验，但他们并没有获得成功，在德布罗意的假设指导下，他们给电子加大了能量，最终使实验获得了成功，也证实了电子拥有波动性，德布罗意也因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖。

值得一说的是，德布罗意原来只是读 历史 的，后来才转行去读物理，但却获得了如此巨大的发现，所以说转行的人也有可能从中获得很大的成就。

也正是因为发现了电子的波动性，所以人们就利用电子去做一些以前的波动性实验，像双缝干涉实验也就是其中的一种。

但电子是可以一个一个地发射的，当只发射一个电子的时候，难道电子还可以进行自我干涉？人们通过实验发现，还真的发现了电子自我干涉的现象，当电子进入到其中一个缝的时候，它就会一分为二，这样就可以自我干涉，并且产生干涉条纹。

这个现象让人们百思不得其解，就像是踢一个足球，且可以同时的将它踢进两个球门，这种现象对于人们来说是匪夷所思的。

然后科学家为了想了解电子穿过双缝之后到底做了什么？所以在后面加了一个监控器，以此来对电子进行行为监测，但令人想象不到的是，加了这个监测器之后，人们完全无法监测得到后面的干涉条纹。

这种现象就更加诡异了，当加了监测器之后，电子之间的自我干涉就消失了，试验可以得到的结果就是双缝，但当人们关闭监测器进行实验的时候，干涉条纹又出现了。

这就是它们的诡异之处，但在实验中加入了一个监测室之后，可以得到完全不同的两种结果，就好像人们想要观察电子的时候，电子就好像会通灵一样，完全就表现出了另外一种姿态，还故意不让人们观察它的另外一种姿态，科学家也无法解释这种现象。

其实这一现象已经指向，这些微观粒子并不是一种物质而已，而是拥有一种意识，当人们想要对它进行观察的时候，它却有意识的改变了这种姿态。也正是因为这种现象，才令科学家感到恐惧。

综上所述 ，科学家对于双缝干涉延迟实验的恐惧，并不是对于这个实验的恐惧，而是对于这些微观粒子的表现的恐惧，因为从实验的结果来看，这些微观粒子就好像拥有了意识一样，可以自主的进行改变姿态，并不是一种单纯的物质，这当然会令科学家感到恐惧了。

如果说宇宙不是完美的，它有BUG（漏洞），你信么？双缝干涉实验似乎一步步地发现了这个宇宙“漏洞"

当我们在水中丢下一块石头，那么水面就会产生波纹，如果同时丢下两块石头，两个水波之间就能够出现交叉的干涉条纹。这就是波能够互相干涉的特征。

双缝干涉实验既在一个光源前放置一个开了两条缝隙的不透明挡板，挡板后面再放置一个能够观测到的背景。当我们打开光源，会看到背景上出现明暗相间的条纹，这就是简单的双缝干涉实验。 这个实验证明了光是一种波！ 因为光在穿过两条缝隙后产生只有波特有的干涉，相反的波被抵消，相向的波被增强，导致背景上明暗相间的条纹。（日常生活中主动降噪耳机就是利用了这个原理，用相反的声波抵消了噪音）

下面我们把实验升级一下，光源变得非常小，背景换成高灵敏高分辨的底片。打开光源后，一开始我们看到了无数随机分布的小点，随后这些小点越来越多最终形成明暗相间的条纹！实验升级后证明光是一种粒子并且还具备波的特征 ， 也就是光的 波粒二象性 ！

虽然双缝干涉实验已经让人赞不绝口，不过科学家们还是在这个实验上再次升级。将光源变成一次发射一粒的电子！电子要通过这块挡板只能随机通过两条缝隙。

我们知道，要干涉就必须有对象，没有对象怎么被干涉？然而这一次实验结果出事了，即便单个电子在随机穿过两条缝隙后依然在最后形成了干涉条纹。

这个结果震惊了科学界！为什么单个电子能够自我干涉？难道他还有一个分身？更诡异的是当我们观察电子是通过哪一条缝隙时，干涉条纹消失了。当取消观察时，干涉条纹又神奇的出现了！冥冥中仿佛有一双眼睛窥视着我们，只能让我们看到电子穿越缝隙的路径（粒子特征）或者电子的干涉条纹（波特征）其中之一！

看到这里，你也许认为上面的实验会有很多未知的漏洞，我们观察电子时已经打扰了电子的正常运动导致电子属性改变，只是我们没有办法找出这个因素。接下来科学家用更加复杂精密的方法来做双缝实验。将一个光子分离成一对纠缠的光子A和B（纠缠的量子能够无视距离影响对方）

AB分别做双缝干涉实验（互不影响的环境），而B距离感应屏比A远，这样 A会比B要先到达感应屏 。当我们在B实验中放置相机观测到B通过双缝的路径时，A实验的干涉图像消失，显然，纠缠的两个光子是互相影响了，B得不到的波属性A也得不到。接下来，我们通过技术手段把B获得的路径信息擦除,然后A和B都出现了干涉条纹。这里就出现了两个个非常诡异的现象。 测量到光子的路径信息只是"泄露”，没有主管观意识去查看，干涉条纹会消失！把这个路径信息擦除掉，干涉条纹又会出现！

更诡异的是，实验中我们设定从B获得路径信息时，A早就已经到达了感应屏形成了图像！这时候擦除B的路径信息，A感应屏已经"拍好照"的图像会鬼魅般地变成干涉条纹！

很多人一开始认为，观察光子路径就是人类意识干预了实验。不过我们从最后一个实验得知，在延迟选择实验中，测量到的路径信息，你看与不看，宇宙程序它已经认定了你泄露了天机！光子波动属性就被隐藏了！我们得不到干涉图像。如果我们把这个泄露的天机抹除掉，宇宙程序马上修复了光子的波动性，让我们得到了干涉图像。没想到的是，我们人类在实验室上利用量子纠缠钻了个空子，让图像形成之后再得到路径信息。接着我们再去选择是泄露还是擦除，宇宙程序任然按照原来的指令执行了。让已经形成的图像变了回去（曾经不干涉的光子，在曾经又干涉了。这话很绕）？这是不是意味着我们找到了一个宇宙程序的BUG，用现在的决定，改变了过去！还是另有其他原因？我们生存的宇宙，这个看不到边无比真实的世界，难道是一个设定好的“程序”？或者说宇宙这个看似无比完美运行的世界其实还有一些漏洞。如果人类将来利用这些漏洞未来的世界会发展成什么样子？

很多人听过双缝干涉实验后会认为“玄之又玄”，于是有了“遇事不决量子力学”。实际上，量子力学是人类了解宇宙底层逻辑的敲门砖，而双缝干涉实验则是量子力学核心的显现，下面我聊聊双缝干涉实验到底多“诡异”，它揭示了宇宙哪些核心？

由于量子太过抽象，因此我们把量子现象过渡薛定谔的猫，再回到双缝干涉实验就容易理解了。这是薛定谔给我们理解量子力学的好例子。

话说啊，有个封闭的盒子里面装一只猫，然后一个量子装置连着毒药瓶，猫的生死取决于量子性质，如果量子发生衰变猫死，反之则没事。换句话说，猫的生死间接表现了量子的性质。实验的问题是猫最后是死的，还是活的？

各路大佬都说出了自己的看法，主流看法有三个：

哥本哈根学派，波尔：这是只 量子猫，它在盒子里的概率是100%的可能性是活的，同时100%可能性是死的，两种状态同时存在，叠加在一起，当你打开盒子一瞬间，猫的生死才会表现出来，生死的结果是随机的。

爱因斯坦、薛定谔：猫50%是死的，50%是活的，我们打开盒子之前它就已经死了，或者还活着，我们打开盒子看到的是结果，而不是诱发结果。

爱因斯坦：波尔，按你的意思是打开盒子时，上帝发现有人要来看结果了，赶紧摇号决定了猫的生死？

波尔：你别管上帝能干什么！

休·埃弗雷特：安静安静，我还没说呢！首先波尔的叠加态我是认同的，但是100%+100%=200%，打开盒子前与打开盒子后应该守恒才对，因此我认为如果打开盒子时猫死了，那么活着的猫应该存在于另外一个世界中——平行宇宙。

爱因斯坦、薛定谔、波尔：你厉害， 我们竟然不知道如何证明你说的是错的！

故事先到这里，看得懂看不懂没关系，先说结果：波尔是对的！而平行宇宙证明不了，最多算假说。在这个故事中有几点很重要：

1. 猫即死又活的状态——叠加态

2.打开盒子意味着观测， 观测会让叠加态随机坍缩为单一状态 。（上帝摇号！）

3.前两点， 打开前与打开后，还隐含了波粒二象性。 （下面再说）

接下来我们看双缝干涉，这事要先从牛顿说起，源于一个看似简单，然而谁都答不上来的问题——光是什么东西？

图：牛顿三棱镜实验

牛顿作为当代学霸，为光学做出了不少贡献，比如阳光是由多种光混合而成的三棱镜实验就是他搞出来的。他认为光又能反射，还折射，运动轨迹会改变，就像乒乓球扔墙上会反弹回来，因此它最小的单位应该是粒子。

十九世纪，托马斯·杨反击牛顿，他只干了一件事，让一束光通过了两条小缝，后面有块感应屏。“按照牛顿的说法”这个实验的结果应该是两条条纹，如下面：

实际上却出现了下面的结果：

于是老杨说光就像下面的水波一样，其实波：

通过缝隙的光波变成了两个波，两个波接触干涉，出现和水一样的现象，于是在屏幕上显示出干涉条纹。

这就是双缝干涉实验，但是诡异的事情是量子力学的双缝干涉实验。

好景不长，随着黑体辐射实验，普朗克发现光能量是一份一份不连续的，爱因斯坦发现光电效应，即光与原子作用时是以粒子的形式交换能量的。于是大家重新审视双缝实验，对它进行升级。

既然光是一粒一粒的，那么我们把光子一粒粒通过双缝会发生什么？（实际实验用的是电子，道理是一样的）

大佬们很快地照着两条缝像机关枪一样发射一梭子电子，显示屏上随机出现大量的粒子，但站远点看这些粒子同样组成了干涉条纹。既然是粒子，为何会发生干涉？

于是有人认为一大堆电子在一起挤来挤去的所以发生了干涉，有点像儿童乐园里的海洋球，当你跳进去，海洋球虽然是一粒一粒的，但是会像波一样往向外扩散，于是就有了虽然是粒子但同样会发生干涉。但真的只是这样吗？

图：实验结果

科学家再次做了实验，改成了“手枪式”发射，“啪”打一发电子，电子到达了感应屏，再打下一发，杜绝了两个电子在运动时发生干涉。然而科学家懵了，快点打和慢点打，结果是一样的，屏幕还是出现了波动性，才会出现的干涉条纹，而不是两条条纹！也就是说单个电子发生了干涉，那么它和谁干涉呢？就两个缝，它只能选一个穿过，另一个缝没有电子出来，上哪干涉去？

为了解决了问题，大佬们就在实验中安上了光电探测器“去看它”，看看电子是如何完成干涉的！结果发现电子老老实实的在感应屏上形成了两条条纹。大家：上帝，告诉我发生了什么！

先按不靠谱的平行宇宙理论来解释：你不看时，电子即从A缝过去，又从B缝过去，然后发生了干涉，你可以理解为量子出现了一个分身。如果你去看它，宇宙就分裂了，如果电子从A缝进入，那么平行宇宙中的电子就从B进入，是我们去探测引起了宇宙的分裂，导致处于两个宇宙中的电子（分身）无法形成干涉。

波尔的解释：前半段和平行宇宙一样，电子处于叠加态，这是一个波的状态，但当你去看它，就随机坍缩成了粒子态。

爱因斯坦：无法解释！肯定有什么我们还没弄清楚的，反正上帝是不会摇号的。

图：我们印象中电子在原子中是这样的

图：实际上它是这样的，因此也叫电子云，具有概率性、波动性。

到目前的科学研究成果来看，波尔是对的。量子具有波粒二象性，这是量子力学的核心。一个电子同时具有波与粒子的性质。

当它没有坍缩成粒子时，虽然也是以单个粒子发射，但波的性质也在发挥着作用，当你发单个电子就类似于发射出水波，你发射了一堆电子，其实就是在发射一堆波，这些波都会按着干涉后的结果显示在感应屏上。当你探测电子，它坍缩成单独的粒子性质，所以一堆电子打出去，没有发生干涉，只出现两条条纹。

如果不理解量子的性质就会觉得，我不看出现干涉条纹，我看了却不干涉了，似乎有点“恐怖”，理解了就理所当然了，量子力学是目前人类发现的宇宙最底层的逻辑，它可以解释宇宙起源，大到宇宙的构成，小到组成宇宙最小结构的粒子的形成。