诡异的双缝干涉实验其实并不诡异

在量子力学里，双缝实验（double-slit experiment）是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。

“将光束照射于两条相互平行的狭缝，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。

假设光子是一个一个的通过狭缝，那么，会出现什么物理状况？1909 年，为了解答这问题，杰弗里·泰勒爵士设计并且完成了一个很精致的双缝实验。这实验将入射光束的强度大大降低，在任何时间间隔内，平均最多只有一个光子被发射出来。经过很久时间，累积许多光子于摄影胶片后，他发现，仍旧会出现类似的干涉图样。很清楚地，这意味着，虽然每次只有一个光子通过狭缝，这光子可以同时通过两条狭缝，自己与自己互相干涉！类似地，电子、中子、原子、甚至分子，都可以表现出这种奇异的量子行为。

1972年，理查德·西利托与凯瑟琳·威克斯（Catherine Wykes）将双缝实验做修改，在任何时间，只有一条狭缝是开放的，另外一条狭缝是关闭的。参予干涉作用的光子的平均密度超小于 1 ，在任何时间，光子只能经过两条狭缝中的一条狭缝。虽然如此，假若路径程差允许抵达探测屏的光子可以来自任意一条狭缝，干涉图样仍旧能被观察到。

1974年，皮尔·梅利（Pier Merli) ，在米兰大学的物理实验室里，成功的将电子一粒一粒的发射出来。在探测屏上，他也明确地观察到干涉现象。

随着科技的快速进步，已发展出来能够可靠地发射单独电子的物理仪器。使用这种单独电子发射器来进行双缝实验，可以使得在任意时间最多只有一个电子存在于发射器与探测屏之间，因此，每一次最多只有一个电子通过双狭缝，而不是一大群电子在很短时间间隔内挤着要通过双狭缝。值得注意的是，探测屏累积很多次电子冲击事件之后，会显示出熟悉的干涉图样。从这图样可以推论，单独电子似乎可以同时刻通过两条狭缝，并且自己与自己干涉。这解释并不符合平常观察到的离散物体的物理行为，人们从未亲眼目睹老虎在同时刻穿越过两个并排的火圈，这并不是很容易从直觉就能够赞同的结果。

近几年来的科学研究，更进一步地发现了，干涉现象并不只限制于像质子、中子、电子等等基本粒子。用双缝实验检试大分子构造，像富勒烯，也能够产生类似的干涉图样。

不论是电子、中子或是任何其它量子尺寸的粒子，在双缝实验里，粒子抵达探测屏的位置的概率分布具有高度的决定性。

尽管量子力学可以正确地预测实验结果，量子力学不能解释为什么会发生这类现象，为什么粒子似乎可以同时通过两条狭缝？”

2012年，内布拉斯加大学林肯分校的物理系研究团队实现了理查·费曼所描述的双缝思想实验。该实验使用最新仪器，可以随意控制每一条真正狭缝的关闭与开放。该实验检试电子在以下三种状况所出现的物理行为：第一条狭缝开放与第二条狭缝关闭、第一条狭缝关闭与第二条狭缝开放、两条狭缝都开放。实验结果符合量子力学的量子叠加原理，演示出电子的波动性。该实验还实际探测到电子一个一个的抵达探测屏，演示出电子的粒子性。

如果在探测屏的后方放一部摄影机的话，当用摄影机捕捉电子的路径时，则干涉条纹消失。

解释:

1. 因为从微观上来说，光线的运动轨迹并不是一条直线，光线的实际轨迹是一条螺旋线。轨迹横切面是一个圆。

发射器发射的电子的运动轨迹从微观上说也不是一条直线，电子的实际轨迹是一条螺旋线。轨迹横切面是一个圆。

既然电子的运动轨迹是螺旋线，那么电子是有振幅的，所以单独发射的一个电子有可能从左边的缝隙穿过，也有可能从右边的缝隙穿过。穿过缝隙后，在后面的探测屏上会留下痕迹。电子一个一个不断地发射，当达到一定数量时，就会形成干涉条纹。

一个电子不可能分身，并不会出现一个电子同时从两个缝隙穿过的情况。一个电子并不会自己与自己干涉。光子、质子、中子等粒子也不会分身，也不会同时穿过两个缝隙，不会自己与自己干涉。

2.双缝干涉实验后面的摄像机不存在，而是思想实验，且只是不严谨的思想实验（因为摄像机看不到电子）。

但凡是单光子，单电子探测器（京东，淘宝上就能买）都会直接吸收光子，电子，如果放在双缝后就直接在双缝处把光子/电子吸收了，当然无干涉图样。

电场磁场可以用，但会扰动电子。

费曼物理学讲义里说了一个思想实验：在双缝后面，两条缝中间的位置放一个光源，电荷会散射光，所以哪边闪光电子就从哪边通过。但讲义也明确指出光源会扰动电子，“要设计出一种装置能够确定电子穿过哪一个缝，同时又不使电子受到足以破坏其干涉图样的扰动是不可能的。”

任何形式的探测器，不是吸收电子，就是会干扰它（确实不是观察影响结果，而是电磁场影响结果）。

以上是直接观察（一个比较流行的比喻就是，我们为了观察一个乒乓球，扔了一个保龄球去撞击它。）

观察者效应其实只是基于一个思想实验的产物，就是假设可以在双缝后面安上一个探测器看电子，当然因为任何形式的探测器，不是吸收电子，就是会干扰它，所以能既不干扰电子又获得路径信息的探测器不存在（这个效应本身就是对量子行为的歪曲理解，它不是观察影响结果，而是你观察所用的手段不可避免的会干扰你所观察的粒子）。