量子理论（FULL） - Oxford 通识读本线上阅读活动

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本次呢，我们分享的是一个大家都很想知道，但都不太知道，连我都不敢说我到底是不是知道的一个话题：量子理论。

之前一直分享各种各样的哲学家和思想家，今天突然进来开始分享这种科学类话题，所以有比之前新同学的比例是高一点，所以欢迎你们！

那随着之前的一些分享呢，特别是在维特根斯坦、海德格尔等等的对现代性的批判和科学与技术逻辑批判，这一点呢可以说是昭然若揭，这个狼子野心昭然若揭。当然这个批判不只是肯定说他坏啊，或怎么样啊，对他一种理论性的一种批判，或者对他从本源性的一种批判。但是我还是坚持认为，如果你想批判任何一个东西呢，你对他必须有深刻的理解，包括深刻的理解科学和深刻的理解科学发展的过程。

所以今天其实我们就是一个全新的一个周期的开始，这个周期至少要已经一个月的时间啊，我打算分享四期。那分别是量子理论、数学、科学革命和分子。就通过这四期呢，我们希望能够对于我们想去研究或了解的这个对应物：科学技术逻辑，包括它的发生过程啊，就是科学革命，也包括其本身最核心的一个逻辑：数学，包括它的就是分子与量子这两个话题产生一些了解。通过这个了解，我们能够更明确的知道我们到底谈的是个什么东西。

当然这也带来一种可能的问题，就是过去分享其他包括社科啊哲学方面呢，我还可以说是我是揣着明白来谈的，但今天讲这个量子理论呢，我真的不好说我揣着明白来谈，我是揣着糊涂来谈的。因为说实话，要真正明白这个东西啊，需要很强的数学功底，是我不具备的。当然这也带来一个优势，就是我今天完全以一个偏文科的人的角度来讲量子理论，因此呢就不太可能讲的听不懂。当然也希望我讲的是大致准确啊，我都不敢说完全准确，讲的大致是没有根本性的谬误的。

所以今天呢也也刚好邀请了我的一个朋友啊，他对这方面比懂得比我多，所以来做一个监制，技术上的把关。如果大家结束之后呢，有些问题也可以问他，那问我呢，我估计再多问几句啊，我就不会懂了。就如果我今天讲的过程中有很大的问题呢，他也会指正。

那我们废话不多说，马上来讲。今天我们的分享分为五个部分：

第一部分是经典力学世界的缝隙。因为之所以我们开始进行量子的研究呢，就是因为传统的经典力学和经典物理理论已经不足以解释这些问题了。那这样的一个科技逻辑，我们之后还会再讲到。

那第二部分我们介绍就是双缝干涉试验。你们以前也许听过也许没听过，所以今天会有比较多的篇幅其实就是来介绍双缝干涉试验。因为就像著名的大物理学家费曼说，这个量子力学的所有秘密啊，就量子理论的所有秘密啊，都是凝结在这个双缝干涉试验里面了。所以今天我们会来讲这个，当然我作为一个不通数学的人呢，肯定能把他讲的会比较容易懂一点。

那第三部分讲伟大的真诚，就是上世纪二十年代，这个物理学历史上的一个突飞猛进的高峰时期。就大家是怎么一步一步把这个量子理论推进下去的。

那第四个部分呢，我们来讲解量子理论一些关键的概念，但这部分我们也只是用比较好的抽象，或者用比较好的例子来串讲一下。

那最后一部分呢，讲量子理论的研究与运用。因为我相信大家应该还是非常好奇的，就这个东西到底有什么用。那我会讲讲现在的研究，因为我国在量子理论领域呢，说起来还算是世界很先进的，特别是中科大。我会讲中科大在去年发的Nature上的一篇，Science上的一篇论文，也会讲讲大家都很关心的，就是我们说我们建了什么量子计算机，到底什么量子计算机，当然我们现在其实还没有建出来。那还有就现在可能已经能够在实用领域马上用得上的量子加密到底是什么样的一些东西。

所以今天大概就是介绍这些内容。

那我马上开始。第一部分，经典力学世界的缝隙。

就我们来看什么是经典力学世界，那经典力学世界遭遇了什么问题无法解释，因此可能启发了量子物理或者量子力学的出现。

那首先介绍的肯定就是这位伟人了，就是埃萨克·牛顿，1643到1727。那牛顿可能是史上最伟大的科学家，那么也是在英国唯一享受国葬待遇的物理学家。他呢直接可以说是，有很多说法认为牛顿开创了现代世界，整个现代世界是在他的理论之上惦记起来的。那么他最有利的著作就是被称为自然哲学的数学原理的一本著作。那我们也大概都知道啊，就这本著作里提出的万有引力的定理和日和这个力学的三大经典定理呢，构筑了我们今天的世界。

那事实上，我们可以多说几句的，就是这样的观点不仅影响了我们对于物理世界的理解，它也影响着我们对于现实世界的理解。也就是说，在我们的实际生活中，我们对于很多东西的理解呢，都是经典力学式的。比如说，我们说一个人推动了这个事业的发展，我们知道推动这个词汇，它并不是一个人对一个事业就真的来推着它走，对吧？这就是一个力学的隐喻。我们认为一个事业的发展就像是一个牛顿力学中的概念一样，有一个力在推中了它。比如说我们也会说，我的愤怒牵引着我，那这个牵引呢，也我们把自己的这个精神世界啊和这个思维过程也做一个力学的比喻，就像是我的某个情绪啊，像是一个小车一样，它拉着我。

所以说，从这个角度来看，我们确实从牛顿之后，也是说，可能说这个观念会越来越深，就我们对于很多虚拟的部分或者对于抽象事物的隐喻也都是力学性的。所以说这个东西可见对我们影响之大。但我们就接着来看看，它可能会产生什么样的缝隙，导致我们需要一套全新的理论来认识它。

那这里简单的回溯一下牛顿三大定律，我就不念了，因为这个对我们今天也不是每一条都那么有用，但是动量守恒呢，在今天会，我们在后面会提到比较多。就动量守恒大概与牛顿第三定律是相关的。那这个我们大概你能够知道它是什么意思吧？就比如说，如果我现在去扔一个篮球，那我扔篮球的作用力与篮球优的反作用力是相等的，就大概是这么一个定律。这个定律在之后受到双方演射实验以及以后的实验的时候，你会讲到。

那还有一个非常重要的，就是牛顿力学中蕴含的决定论。我们就先说一个小的，制骰子或者制硬币这样的一个东西。我们现在经常去决定一个随机性事情的时候，制硬币。比如抛硬币，有两家餐厅，选一家吃哪家呢？我们抛硬币决定，但绝不代表抛硬币这个事儿具有随机性，对吧？也就是说，如果我们知道硬币的重量，硬币限制的方向，硬币出手的动能和封锁等等因素，如果我们真的知道这些要素，又有很高的算力的话，那硬币应该是可以计算的。抛硬币的随机性是相对较低的。

那不仅如此，从牛顿定律来讲，如果我们知道，这个世界上，我们现在从理论，纯理论上来讲，知道这个世界上任何一刻所有粒子的状态，所有粒子的动能，那我们是可以向前预测，也可以向后追溯，可以一直追溯到宇宙的原点，也可以向前预测到无尽的未来。也就是说，如果我们相信这是一个经典力学的世界，那这个经典力学世界里面是没有随机性荣生的空间的，是有很强烈的决定论色彩的。

那我们可以想象，同样这样的观点深深的渗透在了我们对很多其他事情判断里面。就比如说心理动力学，那心理动力学就会想象的，你现在的心理状态呢，是从你小时候的一些基本推动力开始的。例如小时候跟父母的一次关系呢，他就像一个在牛顿力学体系中的推动力一样，这个推动力你可以一直沿着他预测到你现在的心理状况。那我们对于很多社会现象和社会心理学或者社会的动力学也是在这么一个经典力学决定论的角度之下来展开的。

就从这一点，我们也可以想象这么一个力学的想象和力学系统对我们有多么更深地步的影响。当然站在这个角度，牛顿的理论呢，已经可以解释一切了。但就在牛顿的年代，牛顿的理论也有两个问题，至少有这么两个问题是比较尖锐的，显着难以解释的。

第一个问题就是他的目的音的问题。如果你们大概知道，亚里士多德的四音说，也就是说牛顿认为物质之间有万有引力，但如果我们要追问一句，为什么有万有引力呢？这个问题是牛顿自己也拒绝回答的。因此这个问题是一个牛顿的整个经典的自然哲学体系没有回答的问题。

第二个部分就是关于光的性质的问题。我们知道光在自然界里面是一个非常独特的存在，特别是在牛顿所处的基督教国家，那光更是一个在其他就是在所有物质世界里面更特殊的一个存在了。所以当牛顿肯定也会对光学的问题进行一些响应，进行一些回应。那这个回应还不是一篇文章或一两句话，那牛顿是直接写了一本重要的书就叫做光学。在光学里面呢，牛顿就把光当作一小数粒子。我们知道在牛顿的时代以及牛顿更远的时代啊，对宇宙有一种原子论的观点，这个原子论从古希腊就有了。那原子论的大致观点呢，就是认为世界是由不可分割的小的粒子组成的，我们呢也是可以还原为原子，我们包括现在我们说原子啊分子啊，都是这样的小的粒子。那么光呢，在牛顿的年代，我们知道牛顿莱布尼兹有莱布尼兹就有单子理论，对吧？在他的哲学里面，所以当时原子论在社会上应该是一个很居中心地位的关于世界本质的一个理论，所以光也是一样。所以牛顿将光解释为一小数粒子，但在那个时候将光解释为粒子啊，应该是没有太多精密的数学在背后做支撑或者实验做支撑的。

那真正对这个问题产生根深蒂固影响的就是麦克斯韦，1831到1879。就麦克斯韦的电磁学说，我们高中物理都学过啊，就高中物理我们用大拇指去比左比右啊，这就是麦克斯韦的电磁理论之中的。那麦克斯韦是直接测出了电磁波会以恒定的速度传播，而这个速度呢就是光速。因此麦克斯韦也反向得出，光是一种电磁波。那下图就可以看出啊，就是光在电磁波里面只是波长非常特定的一类电磁波，就是可见光啊，就这类电磁我们甚至可以说这类电磁波呢可以看到，其他的电磁波呢就不能看到。那么我们所以说我们又有时候把其他的行星和恒星呢就是比喻为某种发射电磁波的，因为你知道我们现在能够看到的行星呢只是他们的电磁波的波长呢恰好可见，那其他行星也发了各种各样的电磁波，所以整个宇宙背景是一个非常纷乱的电磁波环境，有些我们只是看不到。

所以说麦克斯韦确定了，或者麦克斯韦提出了光是一种波的观点。那么这个观点啊将始终贯穿我们今天所有的论述，就是光到底是粒子还是波，以及我们到电子是粒子还是波，以及到我们自己宇宙万物是粒子还是波，那这个就会成为我们今天最核心的一个论述和最核心要介绍的一个东西。而量子理论呢，也就是在对这个的结实和发现之上产生出来的一个新的物理体系。

那这里可以多说一句啊，就什么是量子？因为我们只总知道原子分子，就即使你不知道它细节是什么，你大概知道它是一种构成世界的威力，那量子是不是一种构成世界的威力呢？不是。量子是一种是能量的一个单位，它是能量一份一份能量的单位，所以我们很快就会接触这个概念了。

那么马上往下，从光的波的理念呢，我们怎么一步一步走向这个传统经典物理世界的缝隙，就透过黑体。黑体是这样一个东西啊，我们可以想象你家里的电灯，这个灯啊是很烫的，哎或者这么说，在太阳之下去这个有一块铁板，这个铁板在太阳下面是非常非常烫的。但是呢，比如说你夏天穿一件黑色的衣服，我们都知道黑色吸热啊，什么意思？也就是说，如果你夏天穿着一块铁皮，或者穿着一个反光的衣服走，我们知道很多酒店或者窗帘就是那种隔热的窗帘，所以隔热的窗帘呢大致对外面那一层呢都是这种反光材质的，对吧？因此呢，它可以把光反射出去，而比较少的接受热能。所以说黑体呢，是我们在理论上认为的一种物质，这个物质是纯粹的黑色，因此它在它的表面丝毫也不反射光，而将光的热能呢全部吸收。所以说这个黑体呢，它并不以热能的方式把这个东西发射出去，而是以辐射的方式把它吸收的热能对外发射。

所以之前我们就设计过这样的实验啊，这个实验呢就是由一个小球，就是这个图上所示的一个小球，小球内部呢涂满黑色的颜料，这个小球留一个小孔，这个我们就从外面呢投入一个光到这个小球内部，因此这个光呢就在，因为我们假设光是波嘛，所以这个光波呢就在小球内部反射，因为这个小球只有一个眼对外，因此呢这个光就被很完整的吸收在这个小球之内。因此这样一个黑体呢就对外发射很多不同波长的电磁波。

这我就讲快点啊，因为就在第一再往细节里说吧，就说到我不懂的部分了，第二这个地方呢，好像对于大家来讲呢，再理解里面细节比较难了。大概就是说，我们对这些电磁波会做一些计算，但计算的过程中遇到了一个很重要的问题。首先我们大概发现了有一个基础的假设，就是温度越高呢，波长就越短，就对外发放的电磁波，它的温度越高，波长就越短。那么这种波呢就会发蓝，这个我们可以想象，你们经常看到什么，比如说被火烧的这个金属呢就会发蓝色，大概就是这样。因为人体的波长是相当相当长的，所以说你很难看到每个人发光，对吧？如果谁要发光呢，据说要给它加热到大概四千多度呢，它这里才会发射一种红光，就是很吓人了。而夜视仪呢也就是针对这个特点设计出来的，因为人的波长很长，所以夜视仪就去捕捉这种长波长的东西，所以就可以看到这个人，大概这么个意思。

那么我们就会去算，OK，那既然这个能量啊与波长有一个对应关系，那我们就用个公式把它表达出来。所以一位叫做韦恩的这个物理学家就算出了一种公式，但这个公式呢只有在短波的时候比较容易计算，那么这个公式呢在紫外线的时候就会发现它的能量无限的飙高，接近无限，所以这个东西被称为紫外灾难。也就是说，这样的一个计算公式在计算长波的时候是没有办法算的。

所以另外一辈物理学家瑞利就算出了另外一个公式，那这个公式呢在这个波长比较偏长波的时候比较好算，但我们知道物理学家或者说任何一个自然哲学认为有一种道理啊或者有一种理论可以囊括自然界做出一个根本性解释是不会止步于这个东西只能解释某一种现象而不能解释另一种现象的。

所以说很快呢，这个量子物理的电机仍旧出现了，就是普朗克1858到1947，我们会发现这个量子理论非常的近代啊，就普朗克活到了这个二战结束的时候，所以算是个现代的或者叫做近代的物理学家。

那普朗克做了什么重要的工作呢？在普朗克的工作里面，这个量子已经初见雏形。这个也可以看出另外一个重要的东西，就是数学。我们今天会反复发现数学在这个过程中起了不可估量的作用，这也是另外一种构建世界的底层假设的方式。也就我们了解哲学有一种方式，对吧？哲学有一种为世界塑形的方式，心理学呢有一套为世界塑形假说的方式，这个方式背后呢大概是语言逻辑，分类学，就是总数啊，这些数差之类的，那么数学是一套另外一套非常好的也是非常强有力的构建世界规律的方式，今天我们会不断的去理解它是这样运作的。当然我们如果讲数学那期呢会更愿意为大家讲，如果大家即使你不通数学，但某种程度上领会一下数学构建的方式呢，你大概也能够理解。

那么普朗克就做了这么一个重要的工作，普朗克用一种计算方法统一了瑞丽和伟恩的公式。也就是说，我们今天会反复发现有很多数学家或者物理学家，因为很多物理学家数学都非常非常好，他们做的工作呢就是发明一个数学公司，应用一套数学方法，可以对某个试验结果进行反向的一个锁定，就是说这个试验结果的所有东西在这个数学公式里面可以完全的被表达出来，用这个数学公司来算呢都是符合试验结果的，或者说有两套数学公式，我用一个很强的数学方式把这两个数学公式里面规一化，把它统一起来，这是今天我们会反复听到的故事。所以普朗克就做了第一个无法在短波长和长波长被统一的这两套方法呢，他用了一个算法把它算出来。

但是这个量子力学什么关系啊？这个算法里面有一个非常重要的东西，就是H普朗克常数。什么是普朗克常数呢？也就是说能量与频率之间的关系需要有一个整数倍的关系，一二三四五。这个东西特殊在哪？这个东西特殊在这。也就是说，比如说我们现在说我在经典物理世界里面啊，比如说我我去投一个篮球，那我的出手动能呢应该是连续的，对吧？我如果这个出手动能用比如这个力度，这个力量啊用牛来做单位的话，那我也可以一牛，也可以两牛，但我同样也可以在那边分割，有没有可能一点一牛，一点二牛，对吧？也就是说，如果我从手摸到一个墙到我逐渐发力来推这个墙的过程呢，我们会认为这个力是连续的，对吧？它是不可分割的。我们如果做出来呢，它是一条一个曲线或者是一个直线的关系。但是在普朗克的这个方程里面有一个非常奇怪的东西，就是普朗克常数。我们大概会认为，比如刚才我们也说了，这个能量越大呢，波长越短，那波长跟能量的关系应该是像我推墙一样，应该是连续的，对吧？但是在普朗克这里，如果你要把它统一起来，你就不得不引入一个常数，它导致能量跟波长的关系就不是连续的了。

也就是说能量跟波长的关系就像我们可以举个这个例子，就像我喝水，我可以想象我能够只喝一口，甚至只喝一滴，如果这个容器合理的话，我可以只喝半滴，但在普朗克这个地方呢你喝水就必须一杯一杯的喝，它是离散的。所以普朗克做出了一个非常重大的一个突破，这个突破我们在后面也会发现在其他地方有反复反复的出现，反复反复的启发之后的物理学家采用这个逻辑来做，就是因为在普朗克之前在牛顿的经典力学世界之中一切都是连续的，而在普朗克的物理世界之中能量和物质是离散的，而这个呢就直接启发了量子的概念。

所以什么叫量子？量子呢后来后来其实是从光量子里面演化过来的，所以量子呢指的就是这种能量的最基础单位，所以能量不是线性的，而是离散的，能量必须是一份一份的。那这个东西有什么作用，我们之后会逐渐来说到。

这个我想举一个跟生活相关的例子，也就是说，我们当然会认为呢这个共，我们举个经济学的例子，就是价格曲线，就价格跟需求的关系呢是线性的，就一块钱呢就有比较多的人买，两块钱呢就少一点，三块钱呢就更少一点，但是在现在实际运用之中啊，就为什么，当然我这个不是完全贴切的例子，只是让大家感受感受什么叫连续离散，就传统价格曲线肯定是这样的啊，就五块钱就再少一点。但现在看起来呢，就如果用普朗克的这个方式来讲啊，我们可能就认为呢价格曲线的明显变动呢是十块十块的，所以九块钱跟八块钱跟五块钱可能差不多，九块钱跟十二块钱呢就有点不一样，也就是说它是一梯度一梯度的。我们也知道现在很多定价都是九块钱，十九块钱，二十九块钱，三十九块钱，对吧？所以也没有谁用它的价格策略呢是三十八块钱，三十二块钱，所以这某种程度上确实也说明了在人的意识之中啊，就是对于数量的是一级一级的而不是连续的，而这个呢之后就会变成，不是这个啊，就是普朗克常数就会变成量子物理中非常著名的能极的概念，而不是连续的，能量是一个线性的概念。

那我们马上来看第二个是谁又提出了新的假设。那么第二个重要的一个试验啊就是启发了量子力学的，就是光电效应。光电效应大概的意思是，有一些光啊照在这个金属的表面就会发火花，刺啦刺啦刺啦发火花，然后后来我们发现这个火花呢其实是逃逸出来的电子。就是有一些光照在这个金属表面的电子就跑出来了，而这个光呢通过我们的后来的实验，我们发现呢它就是紫外光，所以我们刚才通过那个光谱你会发现啊，就紫紫紫光呢就是赤神华丽青蓝紫，它的这个关系呢是频率的关系，就频率高低的关系，但是光呢也有强弱，比如说同样是红光，我这是一盏红光灯，我拿十盏红光灯过来呢它的光的亮度呢就强。所以光呢可以有亮度。

我们的实验是发现了这样的东西啊，就是只有频率跟这个电子的逃逸有关，而亮度与电子的逃逸没有关系。也就是说，即使你是拿红光或者红外光来照，你拿多亮的亮度来照这个金属呢都不会发现电子的逃逸现象，但如果你拿紫光照呢就即使是很微弱的紫光呢也会发生瞬间的发生微弱的电子逃逸现象，所以这个东西我们就发现了光的能量只与光的频率有关跟光的亮度没有关系。但我们就会想了，如果光是波的话，那应该跟它的亮度有关系，我们可以想象水波嘛，水就是水，那如果水波涛汹涌，那力量就大得要死，就如果这是小水波的话呢不改变什么，但如果水波够大了可以拍就变成大的洪水，就有很强的这个破坏性。所以从这个角度我们在想，光会不会其实不是波，它其实是个例子。

当然爱因斯坦就是通过这个得了1921年的诺贝尔物理学奖，讲的是关于光产生和转变的一个启发性观点。这个地方其实挺讽刺的，就爱因斯坦到晚年是不太认可量子力学的，但他获得诺贝尔物理学奖的这个论文呢恰恰是直接启发量子力学的。因此光电效应我们看出了光的粒子特征，但这地方很有意思啊，我们讲的光粒子特征呢是频率低的能量就低，光的频率高能量就高，但频率啊，波长啊是来形容波的，虽然在这里我们发现了光的粒子特征呢，但却还是在用波来说它。

那么这个光是粒子是波到底有什么要紧，就我们讲了这么多，那看来啊这个传统物理世界的崩塌或者它的缝隙呢与这个光有极大的关系，那我们马上就来讲这个双缝干涉试验。前面的部分稍微有点闷啊，但双缝干涉试验绝对有意思。双缝干涉试验讲到后面呢其实就是一个令人毛骨悚然的鬼故事，我这不是为了掉你胃口才这么讲啊，会发现很多匪夷所思的现象，而这些现象呢恰恰反映出了量子理论和量子物理世界的神奇，所以我们马上来讲双缝干涉试验。

你必须要解决一下的事物理论，这是一个非常容易做的实验啊，你甚至现在就可以做，那光的单缝实验呢我们小时候都见过了，就是你在屋里已经睡了，但门呢没有关炎，所以客厅的灯光呢就从门缝里撒进来，那客厅的灯光从门缝里撒进来呢大概在地上就是一个光斑，那中间亮呢到边缘就逐渐的暗，那再到边呢就引在黑暗之中。所以说光的单缝实验呢我们光通过单缝啊，我们可以看出有很强的粒子特征，这个粒子特征就像是我把这个颜料啊用某个彩蛋枪打到墙上一样，那大概就是呢随着我的这个射击啊中间的部分多两边的部分少，就像是这个图上的这个单缝穿透一样，那穿过单缝呢就是形成这么一个光斑，那透过光斑呢我们确实能够看得出它有一些粒子的特征，因为如果是水的特征我们都见过啊，如果我们扔一个石头扔到水里面呢水在湖上在河面上呢大概是用一个波纹的方式荡漾出去的，对吧？它会形成一个波峰波谷，波峰波谷，那如果光是一个波呢那光从门外照进来呢就应该在地上形成一个波峰波谷，波峰波谷的光斑，但实际上还不是这样的。

但是很有意思的就是光的双缝试验，就如果你把一个光源放在前面啊，这个光光源前面又有两条缝隙，光从两条缝隙再头上墙上呢就会是下图那样的，它是明暗相间的波纹，透过这个东西呢我们就能看出光是有波动性的。因此但这仅仅是这个双缝演射试验的最开始啊，通过演射试验呢我们要传达的基本概念呢就是如果我们看到一个以中心向两边逐渐暗淡的光斑，那这个从中呢能够看出一些粒子的特性，如果我们看到演射条纹，演射条纹非常重要啊，如果出现明暗相间的演射条纹，我们就能看出一些的波动性。

好，我们现在正式来讲科学家开展的双缝演射试验。那么刚才呢指的是如果是用光或者用电来做实验呢都是一次性光，因为如果我们认为光是这个光子的话啊，那你用手电筒发射一束光呢就是无数无数的光子，那电呢你也是无数电子，那科学家就想啊，那我们有没有可能只用一个光子或者一个电子来做这个实验，那后来我们当然掌握了这样的一个技术啊，但是当时还是像黑科技一样的啊，你像像一个水龙头一样你一次可以只发射一个电子或一个光子，但后来我们实现了。所以说单个电子的双缝实验是什么样的？意思是说我们一次只发射一个电子然后再看后面的这个幕部上啊会留下什么样的痕迹。当然如果你仅仅发射第一个电子呢那在幕部上呢就会有一个点，所以我们做这个实验呢就是指连续发射很多很多成千上万十万个这样的电子看是什么样的。

最后非常神奇的发现，在后面的幕部上形成了明暗相间的干涉条纹，当然从刚才那个干涉实验我们可以想象好像没什么特殊的，如果是双缝的话就是干涉条纹，但这个地方它诡异的点在于我们必须问一个问题，由于我们每次只发射了一个电子，这一个电子在和谁干涉？也就是说，我们当把这个水啊从我们的手臂上，我们把水龙头打开把手臂放上去淋的时候呢我们能够想象是有很多很多水同时从我们的两手臂的两侧流下去，对吧？但如果只是一滴水滴在手臂上呢它应该就是从手臂的左边流下去或者从手臂的右边流下去，如果仅仅是一滴水呢它就滴到下面的这个地上或怎么样。但如果我们一次只发射一个电子，它在跟谁干涉？这是一个非常神奇的事情。

所以为了进一步验证呢，那科学家就把这个双缝关成单缝，我们关一条缝看结果是什么样，那果然我们关一条缝之后呢这个电子啊通过单缝就变成了一个中间高两边低的分布，也就是说它呈现了它的粒子特征。

那我们就要问了，那这个地方呢只有一种可能了，那就说明电子单个电子同时通过了双缝。当然从传统物理上这都是匪夷所思不可能的事情，对吧？一个电子难道它有分身数一分为二了吗？当然对于科学来讲啊所有这样的假设呢都可以验证，所以我们就要去想了，我们怎么验证呢，那我们不外乎就验证一下，我们只发出一个电子，那我们在双缝的两侧呢都去布置一个探测器，就如果有电子通过了，这个探测器想一下不就完了吗，对吧？那如果两边探测器都想了，那就说明我们只发出了一个电子，它却同时通过了双缝，那我们就要去研究了，它是不是分身了或怎么样。但如果我们只打出每次打出一个电子呢它就处就是只有一侧的探测器想的，我们就能发现这个电子确实没有分身啊，它只是单独的通过了左缝或者右缝。

但是这个实验呢带来了非常惊人的结果，这个结果是这样的，当我们在这个左缝右缝各装一个探测器发射一个电子的时候呢我们发现电子并没有一分为二同时通过双缝，每次呢就只有左缝或只有右缝的探测器想。当然仅仅说到这一步你觉得这符合我们的这个直觉，对吧？电子是不可能一分为二的。但更诡异的事情发生了，当我们这样探测的时候呢后面的干涉条纹消失掉了，也就是说当我们在没有设置探测器的时候呢我们每次发射一个电子通过双缝在后面的墙上形成了干涉条纹，但一旦我们开始检测的时候呢干涉条纹就消失了。那因此科学家就在想，那是不是检测这个部分出了问题，你一检测它就消失，那科学家就做了另外一个实验来看是不是检测就消失。

那这个实验呢就得出了更诡异的结果，这个实验是这样的啊，刚才我们不是不是把这个探测器布置在双缝上吗，那当他当他通过双缝的时候呢那个好像粒子自己长眼睛了一样啊，这个粒子知道有人在检测我，所以我呢就收起了把我的这个波动性藏起来的就变成粒子。所以科学家就想呢那我们就不在这个缝这个地方布置一个检测器，让你通过缝的时候跟你之前一样是自由的通过缝，但是我呢我们在这个屏幕的旁边摆一个检测器M1，我们这么做这个实验啊，我们每次打出这个光子或电子的时候呢我们让他在这个地方我们打出两个相同的光子或电子，它是一模一样的，它是一对，所以根据动量守恒呢它们就应该形成一个夹角的方向，对吧？所以说通过左缝和右缝呢我们是能够检测的出来的，那通过左缝的那个打到这个检测器M1上也是不一样的。所以我们现在就有了一组这个光子兄弟，就是有两对光子兄弟，光子兄弟A，A1A2和光子兄弟B，B1B2，那光子兄弟A的A1呢会打到这个侦测器M1上，那个A2呢就会打到这个屏幕M2上，那B1B2是同理的啊，也就是说当A2和B2到这个屏幕上的时候呢它是非常自由的通过这个双缝的，我们是靠A1B1在探测器上的位置来判断它是通过了左缝和右缝。这下A2B2总好了吧，就A2B2总是自由通过双缝，它应该我们觉得能够形成干涉条纹了，而我们同时呢也能知道我们打出来的时候呢它是不是同时通过了左缝和右缝。

而这个试验呢得出了更令人惊讶的结果，当你把M1的探测器的开关通电打开的时候呢光子打在屏幕之上就像粒子一样形成了两堆，当你把M1的电路关掉的时候呢光子打开屏幕上就形成了干涉条纹。也就是说光子不光知道我们是不是在探测器口上布置了探测器还知道我们是不是在其他地方在探测它，而且我们一探测它它就变成粒子了，我们一不探测它它就变成了波的形态。

那我们就真的要问了，那光子到底是怎么知道我们有没有探测的，但这地方使用知道呢仅仅是一个比喻啊，我们不是说任何小的粒子也像人一样拥有意识，量子理论想说的也绝不是这个，而是说这样的现象呢远远超出了我们传统力学和传统物理的理解。第一它怎么能一分为二？第二它怎么可能知道我们在不在探测？

所以说科学家进一步设计了一个更复杂的实验来验成这个，而这个更复杂的实验呢自然得出了更令人惊讶的结论。这个图挺复杂的啊，没关系，就我用嘴巴来说清楚就行了。也就是说光子通过双缝打到后面的幕布上，打到后面的幕布上之后呢我们让它变成两个像刚才那样的光子兄弟，那这两个光子兄弟呢分别透过一些透镜和一些棱镜实现反射，我就直接把反射的结果说出来就好了，那这个光子兄弟透过复杂的反射和折射啊最终呢会记打在一个叫做第零就是零号的这个幕布上，这零号幕布上呢我们就是来看它是形成这种波状的颜色效应呢还是像粒子一样堆在一起的。所以说经过复杂的这个颜色你就不用管这样过程了，反正会落在第零上，同时呢也会在第一第二第三和第四上形成干涉，我们会去探测它有没有击中第一或第二或第三或第四。这里还有一个非常重要的啊，就是光到第一第二第三第四的距离是一样的，都是光到第零距离的两倍。也就是说呢这个光子一定是他的自己先打到第零之上，他的这个同卵兄弟再打到第一第二第三第四之上，而且时间是相同的，这个前后关系很重要啊，也就是说我们能看到光是光斑还是颜色条纹的那个东西呢在光子打到后面东西之后。

那这里就有一个非常非常有意思的现象了，我们其实想知道的是是红色的这条光击中了还是蓝色的这条光击中了，对吧？因为红色代表左缝蓝色代表右缝，我们最后做的事情还是想看光有没有同时通过左右两缝啊。现在的情况是这样的，这个实验会导致一个这样的结果，红色光有50%的可能击中第四，25%击中第一，25%击中第二，蓝色光呢有25%有50%击中第三，25%击中第一，25%击中第二。我来总结一下把它说的更明白一点，也就是说通过左缝的光和通过右缝的光有相同的几率击中第一和第二，而各有50%的几率分别击中第三和第四。所以说如果光子击中了第三和第四我们就能明确的知道它是通过了左缝或者通过了右缝，如果光子击中的是第一或第二那我们就能知道我们就不知道它有没有通过左缝和右缝。

最后的结果是这样的，我猜你们大概也大概能猜到，当我们明确的知道它是通过了左缝或者右缝也就是说击中第三和第四的时候地灵上的东西是光斑体现了粒子特征，当我们不知道它击中了什么也就是第一第二的时候呢幕布上的条纹呢形成了演射。这段值得再说一遍啊，整个过程如果简化下来描述可以是这样的，光先击中幕布形成它最后的图像，然后呢才击中我们来检测它到底是通过左缝或者右缝的，而且结果有两个，结果一是我们明确的知道它通过了左缝或右缝，结果二呢是我们不知道它通过了左缝或右缝。因此最好的是当我们知道的时候它就变成了粒子，当我们不知道的时候它就变成了波。

而这还有个最诡异的就是我们在知道的时候呢其实是在它之后，是在它击中幕布之后，这个实验的时间相当近啊，这是两千年的实验，这个实验呢甚至让我们认为很可能因果我们认为的因果率呢都是不存在的，因为它是，因为我们明确的知道啊，这跟我们观不观测没关系，我们可以观测，它跟你观测到的结果有关系，也就是说当你能证明它是粒子的时候呢它就是粒子，当你不能证明它是粒子的时候呢它就是波，而且你证明的时间在它击中幕布之后，它竟然可以反复回去改变它在幕布上的演射条纹还是光斑对吧？这就非常非常有意思了。

所以对于双缝演射实验我们可以做这样的总结啊，第一点就是通过几个实验我们都表明是不是在观察它是否通过左右缝对结果有如此大的差别，因为其他条件都没有变，唯一变的就是我们有没有观察它是通过左缝还是右缝，我们一观察它就体现出粒子特征了，我们一停止观察它就变成波的特征了。

那