探讨双缝实验

秦胜华

（漯河市召陵区姬石乡宋寨村，河南漯河462025）

探讨双缝实验

秦胜华

（漯河市召陵区姬石乡宋寨村，河南漯河462025）

由单电子、单光子双缝实验提出:电子、光子不但具有波粒二象性，而且还具有二位一体的性质。电子、光子很可能是多位一体的，只在双缝实验中才表现为二位一体的现象。电子二位一体的性质否定了多世界解释，光子二位一体的性质否定了惠勒的延迟实验。

双缝实验；波粒二象性；二位一体；多位一体；多世界解释；延迟实验

双缝实验告诉我们：当很多电子通过双缝向侦测屏发射，在侦测屏上得到的却不是两条竖线图案，而是像一个水波条纹干涉图案。人们可以很容易解释所产生的干涉图案，因为这些电子会互相地干涉，假若电子是一个一个发射出来，在每一单位时间内，平均只有一粒电子被发射出来。每一个电子通过两条狭缝后，电子会显示于侦测屏的某个位置，累积许多电子在侦测屏的位置，显示于侦测屏的干涉图案与原本的电子双缝实验图案相同。这说明波动现象不是和很多粒子同时存在联系的，似乎波动性是各个粒子具有的性子［1］，这也说明单独的电子好像可以同时通过两条狭缝并有独自干涉自己的可能，难道一个电子真的可以同时通过两个狭缝，从而自己与自己产生干涉？更不可思议的是：当我们试图确定电子究竟是通过哪条缝，不论采取何种先进手段，干涉图样立即消失，这些匪夷所思的现象究竟意味着什么呢？

1　提出了电子既有波粒二象性，又具有二位一体的性质

单个电子是如何通过狭缝，事实上，我们不可能从实验上测知电子到底是通过了哪个缝，对于这个问题，就有着不同的解释。

A.两个不同世界的配对电子之间的干涉，这就是量子论的“多世界解释”［2］。这个解释有些玄学的味道。在电子双缝干涉实验中，假设在我们这个真实世界有一电子穿过了双缝中的一个狭缝，那么，在另一个真实的世界，就有另一个电子同时穿过了另一个狭缝。电子的干涉被理解为两个平行世界的干涉。

B.在双缝实验中，假设缝1与缝2是分别打开的，电子出现在接收屏x处的概率分别是：

P1（x）=|ψ1（x）|2，P2（x）=|ψ2（x）|2

当缝1与缝2同时打开，哥本哈根学派认为，电子出现在接收屏x的概率可以描述为：由电子枪发出的单态电子，在到达双缝后变成双态电子，两条路径的两个电子态ψ1（x）和ψ2（x）的相干叠加形成干涉图样，即单个电子同时通过双缝并与自己发生干涉。换句话说，单个电子一分为二的通过了双缝，这应该是现行量子力学教科书最权威的解释［3］。

P（x）=|ψ（x）|2=|ψ2（x）+ψ2（x）|2

=P1（x）+P2（x）+2Re（ψ1（x）ψ2（x））

这个解释也不十分完美，在实验中常常把电子理解为不可分的经典粒子。双缝实验中，狭缝缝距为1μm，经典电子半径为2.82×10-15m。如果每个电子是以粒子的状态通过狭缝的话，不管是通过哪一条缝，总是只能穿过其中的一条，这时另一条缝的存在与否对这个电子的穿过行为并不产生影响。累积许多电子在侦测屏的位置数据，在侦测屏上得到的应是两条竖线图案，而事实却类似一个水波条纹干涉图案。

如果探测电子是从哪条缝过来的，结果很意外：每个电子都只穿过一条缝，从不可能有实验在两个缝上同时发现同一个电子［3］。实验之所以如此匪夷所思，正是对电子位置的测量、使原来从两条缝“同时”穿过的电子状态发生突变，塌缩成为仅从一条缝穿过的状态。所有实验表明，每次位置测量的结果，确实说明电子只从一条缝通过；但却并不能表明，做这类辨认测量之前，电子在客观上也是只从一条缝通过［3］。

双缝实验传出的最重要的信息是几率幅：ψ（x）到达x点有两条可能的路径，相应于两个几率幅ψ1（x）与ψ2（x），在x点找到电子的几率正是这两个几率幅之和的模平方。基于以上分析，本文提出：第一，电子不但具有波粒二象性，同时也具有二位一体的性质。第二，电子的二位一体是指一个自由电子本身就是由两部分组成，只有在受到干扰时才会塌缩为一个完整的粒子形象。在双缝实验中，电子枪发出的每个电子本身就是两部分，一部分以几率幅ψ1（x）表示，另一部分以几率幅ψ2（x）表示。它们分别通过双缝，这两条路径的两个电子态ψ1（x）和ψ2（x）的相干叠加形成干涉图样，即单个电子同时通过双缝并与自己发生干涉。

2　提出了光子既有波粒二象性，又具有二位一体的性质

双缝实验中，假若，光子是一个一个地发射出来，在每一单位时间内，平均只有一个光子被发射出来。每一个光子通过两条狭缝后，这光子会显示于侦测屏的某个位置。累积许多光子在侦测屏的位置数据，显示于侦测屏的干涉图案与原本的双缝实验图案相同。这说明光子不但具有波粒二象性，还具有二位一体的性质。

3　小结

在双缝实验中，电子枪发出的每个电子本身就是两部分，一部分以波幅ψ1（x）表示，另一部分以波幅ψ2（x）表示。那么量子论的“多世界解释”就是错误的，也就不存在两个不同世界的配对电子之间的干涉。惠勒提出的延迟选择实验是量子双缝实验的一个扩展，该实验指出，我们可以“延迟”光子的决定，观察者现在的行为可以决定光子过去是走一条路线还是走两条路线［4］，此种说法颠覆了事件的因果关系。由于光子具有二位一体的性质，一个光子在传播过程中既可以走一条路线，又可以走两条路线。因此，在惠勒的延迟实验中，观察者现在的行为决定光子过去是走一条路线还是走两条路线就是错误的，观察者现在的行为只能决定光子现在是走一条路线还是走两条路线。或许，电子、光子本身就是多位一体的，只在双缝实验中才表现为二位一体的现象。电子、光子的多位一体是指电子、光子本身就是由很多基本粒子组成，只有在受到干扰时才会塌缩为一个完整的粒子形象。

［1］褚圣麟.原子物理学［Μ］.北京：高等教育出版社，1979：89-90.

［2］H.Everett III."Relative State"Formulation of Quantum Mechanics［J］.Rev.Mod. Phys，1957，（29）：454-462.

［3］张永德.量子力学［Μ］.北京：科学出版社，2008：4-7.

［4］John A.Wheeler.At Home in the Universe［Μ］.American Institute of Physics，1994：112.

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［6］夏玉珍.单缝衍射图像的仿真与研究［J］.光谱实验室，2011，（04）：111-112.

［7］马湘东.三维空间单缝衍射、光栅衍射、双缝干涉和N缝干涉实验研究［D］.太原：太原理工大学，2005.

［8］陶莹，刘晓静，王清才，等.光双缝衍射的量子理论［J］.吉林大学学报（理学版），2011，（04）：94-95.

［9］张国前，薛红.光场相干性探讨［J］.固原师专学报，2001，（06）：77-78.

Discussion on double-slit experiment

QIN Sheng-hua
（Songzhai Village of Jishi County，Shaoling District，Luohe City，Luohe 462025，China）

Single electron and single photon double-slit experiment propose that electrons and photons have characteristics of wave-particle dualism as well as two-in-one property.Electrons and photons are likely to have two-in-one feature in double-slit experiment.Characteristic of electron two-in-one has denied multi-world interpretation，and characteristic of photon two-in-one has denied delay experiment of Wheeler.

Double-slit experiment；Wave-particle dualism；Two-in-one；All-in-one；Multi-world interpretation；Delay experiment

秦胜华（1973-），男，河南漯河人，喜欢读物理学与哲学书籍，也喜欢物理试验。申请过两项专利，其中七彩虹灯罩专利的原理被编入北京师范大学出版社出版的八年级物理教师教学用书。

O431.2

A

1674-8646（2016）14-0006-02

2015-12-15