双缝实验是量子力学中，最为神奇的实验之一。该实验由英国科学家托马斯·杨在1807年提出的，证明了光波动性；到了20世纪初，量子力学的出现，给双缝实验增加了新的解释。
光的历史
牛顿是光学的鼻祖人物，在17世纪建立经典力学，认为光是由许多微小粒子组成的粒子流，也就是“光的粒子学说”，该理论成功解释了光的折射、反射等等现象，在后来的100多年时间里，粒子学说一直被视为光的正统学说。
直到1807年，英国科学家托马斯·杨发现了光的双缝干涉实验，这一实验证明光是波而非粒子，因为干涉是波的特征，从此，光的波动学说逐渐代替粒子学说成为正统。
又过了100多年，光的波动学说遇到一些无法解释的现象，比如黑体辐射、光电效应等等，然后普朗克、爱因斯坦等人，再次把光的粒子学说搬上科学舞台。
随着量子力学的发展，科学家提出了光的波粒二向性，大物理学家费恩曼曾说过：“双缝干涉是量子力学的核心实验，其中包含了量子力学最深刻的奥秘。”
双缝干涉
在经典力学的波动学说中，双缝干涉就是对光的波动解释，并没有神秘的地方；但是在量子力学中，双缝干涉就没那么容易解释了，其中有很多地方，科学家到现在都没有弄清楚。
对于该实验，首先量子力学认为，光是由一份一份的光量子组成，每份的能量大小为E=hυ，其中h为普朗克常数，υ为光子的频率。
一束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝，就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹；该实验的神秘之处在于，如果我们一个一个地发射光子，也能得到干涉条纹，甚至我们把光子换成电子，甚至是分子，也能得到干涉条纹。
如果从粒子的角度看，粒子穿过单缝后，再次穿过双缝时只有两个选择，应该在屏幕上得到两条亮纹；可事实是得到了多条明暗相间的干涉条纹，说明单个粒子在该实验中能进行自我干涉。
换句话说，单个粒子不是通过了一条缝，而是同时通过了两条缝；你没听错，是单个粒子在同一时间，同时通过了双缝，就好似单个粒子一分为二后通过了双缝，然后再进行干涉组成一个粒子落到屏幕上。
该实验的神秘之处还在于，一旦我们试图探测粒子到底穿过了哪条缝，比如在双缝处加上探测器，那么干涉条纹会立刻消失，就好像粒子知道你对它进行观测了一般。
实验过程的观察与否，居然会影响到实验结果，这是非常令人费解的；当初爱因斯坦还对量子力学嘲笑到：难道在你不观察时，月亮就不存在！
这个解释让人非常难以接受，但这正是量子力学对双缝实验的诠释，无数顶尖级的物理学家，都试想过你能想到的任何可能，最后都认为这个解释是最合理的。
该实验经过延伸，还引出薛定谔的猫、量子延迟选择实验等等；比如在薛定谔的猫中，猫死与猫活，对应的就是双缝干涉实验中的两条缝，两个实验本质上是一样的，如果解决了双缝干涉实验，也就解决了那只半死不活的猫。
发表于 2019-3-3 14:29