双缝干涉为什么不能用网球做实验
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科学家们已经在大到包含数百个原子的分子中展示了量子行为。那么究竟多大的粒子可以仍然表现出量子行为?如果我把成千上万个网球扔进一个双缝里,后面有一个屏幕记录球击中屏幕时的位置,我会看到与电子或原子相同的结果吗?答案是当然不会。
网球也是由大量原子所组成,为什么整体的行为却不像它所组成的单个粒子?要回答这个问题,我们必须了解一些量子力学的基础知识。让我们先看看光的双缝实验是如何工作的。 原理这种解释基本上说这些所谓的粒子根本不是粒子,它们同时处于多个状态,就像一波又一波的概率,只有当它们被测量时,波才会像粒子一样变得清晰。在概率波变成不同粒子的点称为概率波的“坍缩”。科学家们发现,在测量任何粒子的路径信息的任何时候,它的概率波都会坍缩。为了使粒子保持概率波,它们的路径信息必须绝对保密。如果在任何时候进行任何类型的测量,粒子都会变得清晰,并且不会表现出类似波的行为。 现在,如果我们用非常大的粒子来做这件事,比如沙粒或网球,我们会看到相同的模式吗?当然不会。我们只会在双缝的另一侧看到两条线。为什么我们看不到网球的这种行为?原因是大型物体几乎不可能在信息上与外界隔离。 我们必须完全隔离网球,因为任何泄露给宇宙的关于其路径的信息都会创建一个记录。即使这些信息记录在一个原子中,它仍然是宇宙中捕获的信息,这将导致网球不会叠加,不会是概率波,这将是一个独特的实体。像这样的宏观物体很难在信息上隔离,所以在我们的日常经验中,我们不会看到宏观物体的量子叠加或波状行为。 但量子力学适用于所有物体,如果我们可以在信息上完全隔离它,网球会表现得像一个原子那样吗?从数学上看,物体的波由德布罗意波函数描述:λ=h/mv。由于普朗克常数如此之小,而质量“m”如此之大,波长将非常小。因此,干涉图案将近似于没有干涉,网球的量子力学行为收敛于经典行为。
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