购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

第六节
波粒关系

我们进一步思维,显示屏上的明暗条纹到底是由于到达显示屏之前需要有两列波决定,还是到达后的电子的不同排列而形成呢?回顾一下前面的实验情况,随着单个电子的相继发射,显示屏上相应出现一个个点迹,随着落到屏上的电子逐步增多而形成明暗相间的条纹。这说明显示屏上的条纹观待落到显示屏上电子的数量和分布情况而定。可以这样认为:显示屏上明暗相间的干涉条纹不是什么别的东西,只是电子落到屏上后形成的图案——电子多的地方比较明亮,电子少的地方就比较暗淡。就是说,宏观上看到的波的干涉图纹,其实是由于微观粒子的规律排列组合,所谓波动现象和粒子现象并不是水火不容的对立关系。果真如此,那么对于电子是如何通过双缝及其在通过双缝后到落在显示屏前的那段时空中是否形成波又有什么要求呢?只要知道某个电子是受到它置身其中的电磁场的影响而形成了不同路径和落点即可。如果不需要形成两列波,那么单个电子如何通过狭缝也就无所谓了。这样双缝干涉的哥本哈根解释就不是必须承认的前提,也就不会有后面种种匪夷所思的困惑和诸多难解难分的争议。

我们接着进一步分析,即使经典物理学不能完全解释单电子双缝干涉实验的机理,单从逻辑学的角度分析,也并不能顺理成章地得出如哥本哈根学派那样的诠释。就是说,虽然如众所周知的那样,波动现象可以形成干涉条纹,或者干涉条纹可以出现在波动现象中,但是这样的认识不足以得出如下结论:所有能够形成干涉条纹样图案的现象都必须是由不同波动的相互作用而不能是其他。如同世人所认为的是金子总是要发光,但是发光的不仅仅是金子一样。这就是逻辑学中讲的原命题为真,逆命题不一定为真。退一步而言,即使唯有波动才可以形成干涉条纹图案,也并不能由此排除粒子参与其过程的可能性。就是说,虽然可以承认由于波动形成了干涉条纹,但并不能由此否定波动是粒子的运动方式。所谓波动,只是物质的一种运动方式,这种运动必然有其载体或者物质基础,不是离开物质或者粒子而另有一种单独的波动存在。如果认为波动和粒子是物质截然不同的两种状态,或者认为波动的物质不是粒子或者不具粒子基础,就相当于承认有脱离物质的运动,把物质和运动进行分割,这就犯了形而上学的错误。正如革命导师恩格斯所说那样:“没有运动的物质和没有物质的运动一样,是不可想象的。”实际上,波动不过是包括基本粒子在内的众多物质的运动或者存在的一种方式,可以认为是由粒子的波动或者波动的粒子形成了显示屏上明暗相间的干涉条纹。单个粒子在一段时空中的运动可以形成波形,一群粒子在同一个瞬间的运动也可以形成波形,但是单个粒子在某个瞬间只能对应一个位置,不可能形成波形。粒子和波动并不是同一个层次互相观待的两个对象。

关于这一点,我们不妨看看英国著名哲学家休谟《人性论》中的一段论述:“不但在一个对象成为另一对象存在的原因时,并且当前者是后者的活动以及运动形成的原因时,都可以认为这两个对象是处于因果关系之中。因为在某种观点下看来那种活动以及运动只是那个对象本身,而且在各种不同的情况中那个对象又是保持同一不变,因此我们就可以更加容易想象,怎样才能在想象中把对象之间的这种交互影响联系起来……不但一个对象在另外一个对象那里产生一种运动或是任何活动时,而且只要它具备产生这种运动或者活动的能力时,那这两个对象也就被因果关系联系起来了。”虽然休谟整体上对于因果关系持怀疑主义的论调,这一段关于因果关系的论述与我们一般理解的情形也不尽相同,但是就他把事物或对象更根本的因素归结为因这一方面而言,跟我们分析的粒子和波动的关系却有几分相似之处,对于我们深入理解波粒关系不乏启示。

再退一步而言,即使如哥本哈根学派所假设的那样,一个电子可以同时从两个缝隙通过,也不能因此得出不观察时电子总是处于叠加态的结论。如同在其他众所周知的实验中,比如阴极射线的偏转、光电效应、康普顿散射、电子在威尔逊云室中的运动轨迹等现象中表现出无可置疑的粒子的特性,这些现象中都不需要对电子的状态作太多规定,更不需要叠加态的假设存在。在双缝干涉实验中,在关闭任何一个缝隙的情况下,电子必然是通过开着的那个缝隙通过,这时候也不需要叠加态的存在。而在同时开放双缝时,即使按照哥本哈根诠释,每个电子都同时通过双缝而前行,这也不过可以看作电子具有不同的运动状态,如同变形虫或变形金刚为了克服障碍而采取的机动灵活的应变能力一样,当它通过这个障碍物后,它就没有必要继续保持特殊情况下的高难度动作。也就是说,如同作战部队可以遇水淌水,逢岩攀岩,他们因地制宜,随机应变,但是遇到康庄大道的时候,他们还有必要保持攀岩淌水的动作状态吗?同样的道理,即使真的存在单个电子可以同时通过双缝的情况,也只是电子一时的权宜之计,不会是它的久安之道。令人遗憾的是,哥本哈根学派在其虚假认知的前提下,不管不顾其他众多实验的结论,居然可以推论出电子恒时处于各种不同情形的叠加态,直到它被观察时为止。这样的叠加态假说和单电子同时通过双缝的假设又有什么必然联系呢?这只是他们在错误假设的基础上再加上错误的推理导致的思维误区。

我们还可以做个思想实验。设想我们把单电子双缝干涉实验的完整过程进行倒放,那么我们先看到的是显示屏上的明暗相间的条纹(就是一大群电子排列的方队),随着时间的推移,其中的电子一个个相继独自离开显示屏而来到有两个狭缝的挡板前,最后通过狭缝进入电子枪中。在这个过程中,我们可以提出问题:“您认为电子是怎样通过狭缝的?是一个电子只需要通过一个缝隙回到电子枪中,还是它必须通过两个缝隙然后再合而为一呢?”因为所有电子最后都是以单个粒子的形式进入电子枪,不形成所谓的干涉条纹,相信包括玻恩在内的所有科学家,谁也不会再做出这样的假设了。 SQ72IaDRj3f5Dzh5zgvgHITrAYb0JzUyHm5a9kjNnq+iQNH68LY1MZE8FnhEfko+

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×