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微粒迟疑了一下便接受了:“好吧,让你彻底死心也好。”
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那么,现在让我们也想象自己缩小到电子那个尺寸,跟着它们一起去看看事实上到底发生了什么事。我们即将进入一个神奇的微观世界:一个电子的直径小于一亿分之一埃,也就是10-18 米,它的质量小于10-30 千克。变得这样小,看来这必定是一次奇妙的旅程呢。
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突然间,就像爱丽丝吃下了那神奇的蘑菇,我们的身体逐渐缩小,终于和一个电子一样大了。依稀间,我们听到微粒和波动正在前面争论,咱们还是赶快跟着这哥俩去看个究竟。它们为了模拟一个电子的历程,从某个阴极射线管出发,现在,面前就是那著名的双缝了。
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单电子双缝实验2
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“嗨,微粒。”波动说道,“假如电子是个粒子的话,它下一步该怎样行动呢?眼前有两条缝,它只能选择其中之一啊,如果它是个粒子,它不可能两条缝都通过吧?”
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“嗯,没错。”微粒说,“粒子就是一个小点,是不可分割的。我想,电子必定选择通过了其中的某一条狭缝,然后投射到后面的光屏上,激发出一个小点。”
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“可是,”波动一针见血地说,“它怎么能够按照干涉模式的概率来行动呢?比如说它从右边那条缝过去了吧,当它打到屏幕前,它怎么能够知道,它应该有90%的机会出现到亮带区,10%的机会留给暗带区呢?要知道这个干涉条纹可是和两条狭缝之间的距离密切相关啊,要是电子只通过了一条缝,它是如何得知两条缝之间的距离的呢?”
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微粒有点尴尬,它迟疑地说:“我也承认,伴随一个电子的有某种类似波的东西,也就是薛定谔的波函数ψ,波恩说它是概率,我们就假设它是某种看不见的概率波吧。你可以把它想象成从电子身上散发出去的某种看不见的场,我想,在它通过双缝之前,这种看不见的波场在空间中弥漫开去,探测到了双缝之间的距离,从而使一个电子得以知道如何严格地按照概率行动。但是,它的实体是个粒子,必定只能通过其中的一条缝。”
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电子在双缝前
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“一点道理也没有。”波动摇头说,“我们不妨想象这样一个情景吧,假如电子是一个粒子,它现在决定通过右边的那条狭缝。姑且相信你的说法,有某种概率波事先探测到了双缝间的距离,让它胸有成竹知道如何行动。可是,假如在它进入右边狭缝前的一刹那,有人关闭了另一道狭缝,也就是左边的那道狭缝,那时会发生什么情形呢?”
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微粒有点脸色发白。
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“那时候,”波动继续说,“就没有双缝了,只有单缝。电子穿过一条缝,就无所谓什么干涉条纹。也就是说,当左边狭缝关闭的一刹那,电子的概率必须立刻从干涉模式转换成普通模式,变成一条长狭带。
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“现在,我倒请问,电子是如何在穿过狭缝前的一刹那,及时地得知另一条狭缝关闭这个事实的呢?要知道它可是一个小得不能再小的电子啊,从它的尺度来说,另一条狭缝距离是如此遥远,就像从上海隔着大洋遥望洛杉矶。它如何能够瞬间作出反应,修改自己的概率分布呢?除非它收到了某种瞬时传播来的信号,可是信号的传输有光速的上限啊!怎么,你想开始反对相对论了吗?”
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“好吧,”微粒不服气地说,“那么,我倒想听听你的解释。”
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“很简单,”波动说,“电子是一个在空间中扩散开去的波,它同时穿过了两条狭缝,当然,这也就是它造成完美干涉的原因了。如果你关闭一条狭缝,那么显然就关闭了一部分波的路径,这时就谈不上干涉了。”
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“听起来很不错。”微粒说,“照你这么说,ψ是某种实际的波,它穿过两道狭缝,完全确定而连续地分布着,一直到击中感应屏。不过,之后呢?之后发生了什么事?”
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“之后……”波动也有点语塞,“之后,出于某种原因,ψ收缩成了一个小点。”
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“哈,真奇妙。”微粒故意把声音拉长以示讽刺,“你那扩散而连续的波突然变成了一个小点!请问发生了什么事呢?波动家族突然全体罢工了?”
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波动气得面红耳赤,它争辩道:“出于某种我们尚不清楚的机制……”
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“好吧,”微粒不耐烦地说,“实践是检验真理的唯一标准是吧?既然我说电子只通过了一条狭缝,而你硬说它同时通过两条狭缝,那么搞清我俩谁对谁错不是很简单吗?我们只要在两道狭缝处都安装上某种仪器,让它在有粒子―或者波,不论是什么―通过时记录下来或者发出警报,那不就成了?这种仪器又不是复杂而不可制造的。要是两个警报器都响,那就说明它同时通过了两道缝。没说的,我当场向你投降,承认你的正统地位。但要是只有一个警报器响,你怎么说?”
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波动用一种奇怪的眼光看着微粒,良久,它终于说:“不错,我们可以装上这种仪器。我承认,一旦我们试图测定电子究竟通过了哪条缝时,我们永远只会在其中的一处发现电子。两个仪器不会同时响。”
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微粒放声大笑:“你早说不就得了?害得我白费了这么多口水!怎么,这不就证明了电子只可能是一个粒子,它每次只能通过一条狭缝吗?你还跟我唠叨个什么!”但是它渐渐发现气氛有点不对劲,终于它笑不出来了。
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