哲學家始終有一個爭議,世界是意識的還是物質的,或者說世界是主觀的還是客觀的,世界是因為人的認識作用才得以是世界,還是世界始終是世界人的意識的認識作用也只是世界客觀規律的一部分,人類認識不認識世界,世界都是世界,不會改變。
可是始終有哲學家堅持,意識是主導的,客觀存在不過是人的意識對物質的認識作用的表象而已。
其實他們爭議的核心,總結起來就是,物質對意識有沒有作用,如果有,意識多物質有沒有作用?
由于人類技術水平的限制,這樣的問題提出后幾百年,始終都沒有答案,始終困擾著哲學家。最終物理學家,給他們提供了一個方式,似乎將哲學的爭論稍稍影響了一下。
自從1907年,物理學家托馬斯.揚實現光的雙縫干涉實驗后,引發了科學界關于光的本質究竟是粒子還是波的爭論,最終推動了量子力學的出現。但對于電子這種帶電粒子是否具有波粒二象性,依然存有疑慮。于是在1961年,蒂賓根大學的科學家克勞斯·約恩松決定用電子來進行雙縫干涉實驗,從此量子力學開始直觀的向人類展示他們神秘的一面,而不再僅僅局限于理論。
在約恩松的試驗中,首先用電子流朝著并列的雙縫轟擊,如果電子是粒子,那么電子流通過雙縫后應該在后面的屏幕上留下兩條與雙縫對應的亮紋。結果在屏幕上出現的并不是兩條亮紋,而是多條明暗相間的干涉條紋,這證明了電子同樣具有波動性,跟光子等其他微觀粒子一樣,具有波粒二象性。
但疑惑依然有,猶如當時科學界更認可的是微觀粒子都是概率波的解釋!以此推論,電子的干涉作用應該是由于電子在電子流中互相擁擠碰撞,進而造成多條干涉條紋。可是約恩松決定繼續試驗驗證,他設計了這樣一個試驗方法,使用發射器將電子一個一個發出,這下就不會有碰撞,同時發射間隔保證前一個電子通過狹縫之后,再發射第二個電子,還避免了兩個電子如果同時具有波動性相互之間干涉的可能。
當時以任何理論來解釋,這樣一個一個發射的電子,只能是粒子狀態通過狹縫,在背后的屏幕上留下兩道光線。然而結果神奇的是,一個個發射的單電子,在積累到一定程度后,在雙縫后面的屏幕上仍然留下了一條條明暗相間的干涉條紋。至此,科學界才承認單個電子也具有波粒二象性,按照玻兒為代表的量子理論科學家的理論,管你能不能想象,一個光子就是能夠同時穿過兩個縫隙。
這就是量子世界的法則,微觀量子具有不確定性,既可以是此也可以是彼,更可以即是此又是彼,這種微觀量子同時處于此和彼的狀態,就是量子疊加態。最經典的解釋就是薛定諤的貓,薛定諤提出了一個思想實驗,提出盒子里裝著一只貓,在打開盒子之前,沒人知道貓是死的還是活的,因此在打開盒子之前,貓既是死的也是活的。貓的生死狀態是疊加的,當然這只是為了類比量子狀態而已。
但同時期的另一個科學巨擎愛因斯坦不這么認為,他認為物質世界一定是客觀確定的,量子世界同樣如此。之所以在觀察量子狀態時,即便觀測的手段和條件相同,也可能出現截然不同的兩種狀態,只是因為有隱變量的存在,這種隱變量指的是觀測的漏洞,只要能夠避免所有的觀測漏洞,填補這些隱變量,那么量子世界也跟宇宙萬物一樣,都是確定的,猶如相對論可以解釋所有的宇宙現象一樣。
結果愛因斯坦和玻兒開始了一場大論戰,兩者支持者都眾多,形成了現代物理的兩個科學派系。
同時還有一批科學家,試圖結合愛因斯坦的相對論和玻兒等人的量子力學理論,其中的典型是貝爾,提出了貝爾不等式試驗,試圖來驗證誰的理論正確。總之就是試圖填補所有的隱變量,從而解開量子力學的真相。
事實上單電子試驗,也是為了解開這樣的真相而做的試驗,只是這個試驗,依然無法說服雙方。一方認為證實了量子力學的可靠性,一方認為實驗中依然存在隱變量。
時間推進到1974年,米蘭大學的梅里教授又做了一個單電子試驗,不過他的目的并不是為了求證量子力學或者波粒二象性,他是想直接“觀察”到量子力學中的疊加態,想看看一個單電子到底是如何即從A狹縫通過,又從B狹縫通過的。為什么是電子試驗,主要是因為相比于光子或者其他中性粒子,電子是帶電的,帶電粒子的流通可以形成電場,即電流引起電場,因此根據這一特性,電子更容易測量,根據微弱電場的變化或者采取外設電場的方式,可以間接的了解到電子的運動情況。
梅里教授就是通過特殊的設備,進行觀測的。目的是看看單電子到底是怎樣通過雙縫,看看干涉條紋到底是如何形成的。誰知道他的試驗,非但沒能終結掉愛因斯坦和玻兒理論的分歧,反而引發了更大的爭論。也更進一步的發現了微觀世界的特殊,甚至驚悚。
梅里在雙縫的入口安裝了高精度的監視器,可以清晰地看清電子的出入,然后通過發射器將電子一個一個發出。結果原本經過無數科學家試驗過的,電子干涉試驗結果改變了,屏幕上的一條條干涉條紋不見了,只剩下了兩條亮紋,通過監視器可以清晰地看到電子如粒子般一個個通過左縫或右縫,在屏幕上形成兩條亮紋。