量子史话（25）电子怎样同时通过两条狭缝？

　　上节课我们说了，量子力学的正统解释，哥本哈根诠释，它否定了现实的决定性、因果性和独立于观测者的客观现实性。
　　玻尔还为科学的目的定了一个基调，说，科学的目的不是，也不能解释自然的本质，而是关于自然，科学能进行怎样的描述。这句话其实就是对哥本哈根诠释的总结。
　　而在爱因斯坦的科学观里，科学就是用来揭示事物背后的本质，如果科学不能揭示事物背后的本质，那要科学有何用？大家都不用搞科学了，都会回家抱孩子算了。
　　从爱因斯坦的一句名言中，就能看出爱因斯坦的科学观，他说：大自然最神奇的地方在于，它可以被科学所理解。
　　可以看出，1927年，以玻尔为首的量子学派和以爱因斯坦为首的经典学派，已经在世界的本质问题上出现了很大的分歧。
　　那么正好这一年的10月24号，要召开第五届索尔维会议，这样就可以把大家聚在一起对现在的量子力学进行讨论，所以这次会议的主题就是：电子和光量子。
　　参加会议的人主要分为了三个阵营，以玻尔为首的根本哈根学派，包括波恩，海森堡、泡利，以爱因斯坦为首的经典物理学阵营，包括薛定谔和德布罗意；剩下的就是中立派，多以实验物理学家为主。
　　在会议中德布罗意就自己的导波理论发表了演讲，说，电子实际上以波和粒子的状态真实存在，电子乘波而来又乘波而去，就像是冲浪运动员一样，波为电子提供了前进的方向和动力，这立刻就遭到了泡利和海森堡的抨击。
　　这时德布罗意看向了爱因斯坦，给了爱因斯坦一个眼神，希望他能站起来怼哥本哈根学派，没想到爱因斯坦选择了沉默，估计爱因斯坦心里并不支持德布罗意的观点。
　　德布罗意失望之余，从此以后改旗易帜，转而接受了哥本哈根的解释，和爱因斯坦分道扬镳。
　　薛定谔在会中也发表了演讲，说了他的波动力学，以及自己对波函数的解释，薛定谔这个人旗帜鲜明，他一直反对哥本哈根对的概率解释，和爱因斯坦一直保持着统一的战线。
　　随后海森堡和波恩发表一份联合报告，说了他们的矩阵力学，测不准原理，物理解释，量子力学的应用，最后它俩总结道：我们认为现在的量子力学已经是一个完备的理论，不需要再对他的物理基础和数学假设做任何的修改。
　　爱因斯坦这时一肚子的不满快要压不住了，因为他除了接受不了哥本哈根的解释以外，还受不了他们得意的样子，爱因斯坦认为没有一个理论可以声称自己是完备的。
　　不过这时爱因斯坦并没有起身发言，而是在台下露出了不屑的笑容，笑这些年轻人还是太过幼稚。
　　就在玻尔发言讲述了自己的互补原理，否定了独立于观察者而存在的客观现实性以后，爱因斯坦终于是坐不住了，他不想再沉默下去。
　　在这次会议上，爱因斯坦主要攻击了哥本哈根解释的波函数坍缩问题，拿双缝干涉为例，电子在达到感应屏幕之前，它在屏幕上每个位置出现的概率满足波函数的描述。
　　也就是说，在每个位置上电子都有可能出现，但是出现的概率不同，那么当电子在选择了一个点出现以后，这个点的概率就变成了100，那么其他点的概率就瞬间变成了0。
　　玻尔等人听了以后，一时半会理解不了爱因斯坦想表达什么，因为在他们的心里，波函数的坍缩就是一个瞬时的选择过程，不需要对其进行描述和说明。
　　而且电子的波函数本身就不代表任何的物理实在，它不是一个真正的波动，所以不存在物理学中超光速的问题。
　　爱因斯坦还对电子在双缝前的表现提出了质疑，当存在双缝的时候，电子可以产生干涉条纹，当关闭一个夹缝，干涉条纹就消失了，这是为什么？
　　还有两个夹缝之间的距离虽然很窄，但是对于电子的体积来说，仍然像是隔着十万八千里，那么电子是如何知道另一条缝是开还是合？
　　这个问题难不倒玻尔，玻尔说双缝实验正是体现互补原理最好的证明，当电子到达双缝前，它并不是一个粒子，也不是一个波，而是一个抽象的几率波，没有物理实在。
　　这时电子的几率波可以同时通过任何可能的路径，通过的几率波又会互相叠加，改变电子在每个位置出现的概率。
　　当电子到达双缝前，只有一个夹缝的时候，它的几率波就只能选择一个路径通过，但是这时由于我们准确地测量了电子的路径信息，这是粒子才具有的信息，所以电子的波函数就会塌缩，电子表现出粒子性，因此干涉条纹就消失了。
　　也就是说，当我们试图获取电子的路径信息的时候，就是对电子粒子性的测量，这时就不会出现干涉条纹。也就是说，路径信息和干涉条纹也是两个互补的量，我们只能在同一实验中，看到其中的一个。
　　玻尔还顺便提出了一个思想实验，就是我们常常听说的，在双缝安装一个探测器，看电子到底是通过了哪条狭缝，这种想看电子路径的实验，都会导致干涉条纹的消失。
　　不过这种装探测器的实验只是个思想实验，并没有人能够做出来。而在往后关于电子双缝干涉实验的变种实验中，只要是我们想获得电子的路径信息，比如已经做出来的延迟选择实验，量子擦除实验，这些实验结果都符合玻尔互补原理的描述。
　　还有我们总想不通的是，电子是怎样同时通过两条狭缝的，其实根本的原因还是，你总是把电子想象成了一个小球，一个物理实在。
　　哥本哈根的解释已经说得很清楚了，在没有测量电子的时候电子没有任何实在性，它不是粒子，也不是真实的波，而是一组虚无缥缈的几率幅。所以它能同时通过两条狭缝并不奇怪。
　　如果你非要想象一个小球，同时经过了两条狭缝，那肯定会感觉违反常识。
　　总之，还是我之前说的，只要你理解了哥本哈根诠释，双缝干涉实验其实一点都不神奇，那些整天说，双缝干涉实验恐怖，观测改变了实验结果，现在改变了过去，其实都有点老营销的味道。
　　如果你从开始到现在，把量子史话一直看下来了，那么关于双缝实验的一切困扰都将烟消云散。
　　虽然爱因斯坦所提的问题，都被玻尔化解了，但是这并没有改变爱因斯坦对量子力学的态度，3年之后，他再次向哥本哈根学派发难，这次攻击的是，海森堡的测不准原理，希望证明量子力学的不一致。
　　由于时间的问题，下个视频，我们继续聊。