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2025-01-13掉進量子世界的無底洞 661 期

Author 作者 傑瑞米‧哈里斯(Jérémie Harris)

物理學家如何發現量子世界是個奇怪的地方?

答案很簡單:做實驗。他們做了一大堆實驗後,發現實驗結果非常奇怪—讓人完全想不通—想要理解這些實驗結果只有一個辦法,那就是接受量子世界遵循的是奇怪的自然法則。隨著物理學家終於接受這個事實,他們也打開了潘朵拉的盒子,顛覆我們對現實本身的理解。想知道這個潘朵拉的盒子裡裝了什麼,必須先了解引導我們打開盒子的實驗。

所以,接下來我們要聊的是實驗。實話告訴你:物理實驗無聊到爆炸。雖然探索的是和宇宙本質有關的基本問題,但是在做實驗之前,你早就知道答案。

事實上,如果實驗結果出乎意料,只可能是因為:

1) 幾百年來成千上萬的科學家焚膏繼晷、夙夜匪懈做研究,卻全體誤解大自然的運作方式,而你—拿著最低工資的研究生—碰巧以正確的方式探索宇宙,證明前輩全都錯了。或是因為:

2) 你把實驗搞砸了。身為一個平庸的研究生,你的大腦仰賴泡麵、廉價啤酒和每天四小時的睡眠來運轉,因此碰到令人意外的實驗結果時,我建議你考慮選項二,而不是選項一。要能夠持續做到選項一只有一種可能:擁有豐富的相關科學知識,而且知識量不亞於所有科學家的總和。


這在今天幾乎是不可能的任務。但是在一八○○年代早期,這件事沒有那麼不可能,有一個人算是達成了這個目標。他叫做湯瑪斯.楊(Thomas Young), 身兼醫生、語言學家、音樂理論家、破譯羅塞塔石碑的埃及學家,而且還是那個年代最重要的科學家之一。他涉獵的知識既廣又深,二○○六年出版的湯瑪斯.楊傳記叫《世上最後一個無所不知的人》(The Last Man Who Knew Everything), 可謂實至名歸。他如果有領英(LinkedIn)帳號,個人檔案應該豐富到令人眼花撩亂。

一八○一年他做了一個實驗,這是史上首次有人證明量子力學最神祕的一個基本特性—雖然當時他還不知道。這個簡單的實驗將對我們的宇宙觀產生反直覺的深遠影響。雖然這已是兩百多年前的實驗,但是它為後來的理論奠定了實驗基礎,這些理論將預測平行宇宙、身/心二元論,以及許多更加有趣也更具爭議性的想法。

以下是他的實驗。


挑戰經典物理學

他在一塊板子上開了兩道狹縫:

將一道光束打在板子上。光束寬度夠寬,可同時通過兩道狹縫:

接著,他擋住左邊的狹縫,讓光束只能通過右邊的狹縫。

最後,他在開了狹縫的板子對面放一塊觀測屏,用來觀察通過狹縫的光:

結果相當解嗨:他在觀測屏上看到了一個光點,就是光通過右側狹縫之後應該出現的位置。擋住右邊的狹縫也得到了相同結果:同樣有一個光點,這次出現在觀測屏的左邊,就是光通過左側狹縫之後應該出現的位置。

到目前為止,他的實驗告訴我們一件事:光碰到不透明的材料時,只能通過材料上的開孔。你是不是有點後悔翻開這本書。

別急,接下來的實驗結果有點……不尋常。他在最後一個步驟同時打開兩道狹縫,光束可以通過狹縫一或狹縫二再抵達觀測屏。你認為這次會怎麼樣?


書 名|
《多重宇宙、平行世界是可能的嗎?:一本理科小白也會邊看邊笑的量子力學入門》
作 者|傑瑞米‧哈里斯(Jérémie Harris)
譯 者|駱香潔
出版社|如果出版社
出版日期|2024 年10 月