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观察者效应

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观察者效应(Observer Effect)

目录

什么是观察者效应

  观察者效应源自物理学的双缝实验,是指由于观察者的存在改变了物质的状态。通俗的解释,是指被观察的现象或事物会因为观察行为而受到一定程度的影响。

观察者效应的实验来源

  双缝实验,著名光学实验,在1807年,托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》,里面综合整理了他在光学方面的工作,并在里面第一次描述了双缝实验:把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸,不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,就会形成一系列明、暗交替的条纹,这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。

  在量子力学里,双缝实验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。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。双缝实验是最早利用单一光源形成两束相干光,从而获得干涉现象的典型实验。[1]

  这一想法最早出现在魏茨曼科学研究所在1998年的一篇著名论文里。该文提出,观察行为改变了电子在通过小孔时的行为。当没有被观察时,它们表现为粒子和波;当存在观察时,它们只能表现为粒子。

  研究人员对该现象进行了深入的研究,其中包括一份2011年的文章,证明了当测量其位置时,通过小孔移动的光子的动量受到干扰。[2]

  当量子“观察者”在观察时,量子力学表明粒子也可以表现为波。这对于亚微米级的电子是成立的,例如。在美国,距离测量不到一微米,或千分之一毫米。当表现为波时,电子可以同时通过势垒中的几个开口,然后在另一边再次相遇。这被称为干涉。现在,关于这个现象最荒谬的事情是,它只能发生在没有人观察它的时候。一旦观察者开始观察粒子穿过这个开口,得到的图像就会发生戏剧性的变化:如果一个粒子可以被看到穿过一个开口,很明显它没有穿过另一个开口。换句话说,当被观察时,电子或多或少被强迫表现得像粒子而不是波。因此,仅仅观察的行为就会影响实验结果。

观察者效应与薛定谔的猫

  当你在世界上观察某样东西时,一棵树、一只鸟或任何其他东西,无论你在何时何地观察这个物体,它总是不变的。然而,如果告诉你,你观察某只鸟的时间和方式会影响它的外貌,那会怎么样呢?观察者效应简单的说就是由于宇宙中意识的出现改变了物质的表现形式。

  薛定谔为了揭示这种理论的可笑,曾发表过他那著名的思想实验:一只猫被封在一一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出阿尔法粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必定死亡。但是物理学家无法知道, 它在什么时候衰变,原子核的衰变是随机事件,如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定猫或死或活。这是它的两种本征态按照量子力学的解释,箱中之猫处于死——活叠加态,要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。

  我们还不知道观察者效应时,我们以为,雌螳螂交配后会吃掉雄螳螂。可后来我们发现,雌螳螂之所以吃掉雄螳螂,是因为观察者在场引起了他的紧张,它把自己的丈夫当成了敌人。

参考文献

  1. 程守洙,江之水.普通物理学[M].北京:高等教育出版社,2001:175—176
  2. sciencealert,量子力学的观察者效应能产生能量?.搜狐,2017-10-14 00:00
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