第一章 沙华和他的物理实验
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我叫朱紫诚,初中毕业后我如愿进入了梦寐以求的市重点中学,虽然没有和自己的女神在一个班,至少还在一个学校,同一个年级。一想到那个无论成绩、人品、相貌还有家世都比自己好太多的家伙总算离自己的女神远远的了,我睡觉做梦都要笑出声来。我说的这个人叫墨沙华,九年义务教育,我和他做了八年的同桌,记得小学时见到这个同学时自己就特别喜欢,他阳光帅气,人也乐观开朗,还乐于助人。无论何时,何种场景遇到他,自己都有有一种沐浴在春风里的感觉。心里暖洋洋的十分惬意。另一个让我有这种感觉的人叫妙曼淑,记得第一次见到这个女孩,我竟然走神了,从未饮过酒的我竟然有种醉酒的感觉。我无法用语言形容她的美。因为自己找不到合适的词语。用任何词语形容她都觉得有辱她的美。向来自命清高的我忽然就明白了什么叫自卑。她的美就如同隆冬里的暖阳,初春里的细雨,盛夏池塘边的香风。我就觉得自己是一粒种子,见到她就觉得自己受到了雨水的滋润,自己仿佛发芽了,我听到了自己心里有破土而出的声音,又仿佛闻到了泥土的芳香。
三年的时光转瞬即逝,沙华的目标是省一中,曼淑的目标是市一中。我本想在县城读初中的,填志愿的时候鬼使神差的就填了市一中。向来乖巧听话的我执拗的没有听父母的话,没有留在这个离家特别近的学校。
课堂上,物理老师正在讲光的折射和反射。我漫不经心的听着,看着老师画的小孔成像的草图陷入沉思。沙华这小子不是去省一中吗,怎么又突然改变主意了呢?我忘不了开学第一节课同学们做自我介绍时他见到沙华时的惊喜。紧接着这种惊喜就能成了愤怒。居然分到了同一个班,自己竟然没注意到他,他是不是也没发现自己呢?怎么也不过来跟自己打声招呼呢?想到自己个子矮小看不到后面的他也是正常,他高高大大的真的发现不了坐在第一排的自己吗?“真是好兄弟呀!”他心里暗叫了一声突然想变得怒不可遏。这种无名的怒火烧的自己五味杂陈。因为我突然意识到,他过来或许也是冲着曼淑过来的。虽然初中时大家都没说破,可是班里没有一个男孩子不喜欢曼淑的。无论多叛逆,多嚣张的男同学在曼淑面前都温顺的和猫咪一样。他看到过同学打架,看到过同学跟班主任顶嘴,看到过同学被叫家长后当着全班师生和家长吵起来的,可是三年里却没有任何一个人冲曼淑大声喊过一声。也包括女同学。“太不厚道了。”我心里又骂了沙华一声。
讲台上,老师拿着实验器材开始做起了小孔成像的实验,我陷入到回忆和想象中无法自拔。“光具有波粒二象性,它不光具有例子的特点同时也具有波的特点。光波是可以叠加的……”老师滔滔不绝的讲着。我漫不经心的听着,无聊的翻着物理课本,突然被书中的小字部分吸引。小字部分详细的介绍了“泊松亮斑”的由来。我看着不由的笑了起来,这个泊松真有意思,竟然因为对手成名。看来有对手也未必是坏事。这就叫做塞翁失马焉知非福吧。看到这里,我的心情豁然开朗,合上书本,安心的听老师讲课。
“小孔成像很好的解释了光的粒子特性,还有一个实验更好的阐述了光的这个特性,‘光的双缝衍射实验’,有兴趣的同学可以自己查一下资料,这个实验今天咱们就不进行了……”老师仍然兴致勃勃的讲着,我回头看了一眼沙华。沙华也正瞧着自己笑呢。“有你也挺好的。”我心里暗道。
我们学校有三个年级,每个年级有十八个班,我和沙华分到了九班,而妙曼淑被分到了五班,虽然是同一个年级却不在同一楼层,而高中的课间时间有点短,所以课间时间同学们很少下楼,除了同班同学,大家也很少见面。
下课铃声响起,物理老师仍然意犹未尽:“好了同学们这节课就到这里了,有兴趣的同学可以在晚自习找我,一起做双缝干涉实验。”说完老师向大家鞠了一躬。与此同时班长喊了“起立”,同学们齐声喊了声:“老师再见。”
老师一走,同学们自由活动,教室里就乱了起来,我无聊的趴在课桌上打盹,突然觉得有人拍自己的肩膀,他回头一看沙华正神情凝重的看着他,自从知道他们分在一个班里,沙华又没提前跟我说,我就一直赌气没搭理过他,此刻我没好气的说道:“你不是要去省一中读高中吗,怎么又跑到云间一中来啦?像你这样成绩好,家世也好的少爷,咱们这所来咱们这所学校读书,岂不是让您这尊大佛屈尊了?”
“你的这些问题,我以后会回答你,现在还有更重要的事要做,晚上自习课你陪我去找物理老师,咱们一起去做这个双缝干涉实验。”
“不去。”
“这个实验很重要,有些现象连世上最伟大的物理学家也解释不了,一起去吧,老好玩了,说不定能发现点什么呢。”他说完朝我做过鬼脸走开了。
沙华总是很了解我,那句“说不定能发现点什么呢。”让我变得莫名的兴奋。我和沙华对视了一会儿,额头冒出了少许汗液,然后悄无声息的跟上了他的脚步。
好容易等到晚自习,我俩一起去找物理老师做实验。一起等着做实验的还有其他的七八个同学。老师给每组同学发了一个蜡烛,然后让大家在蜡烛后面放置一块只有一条长缝隙的挡板,这个挡板的作用是让蜡烛发出的光先衍射,变成一束稳定的相干光源,这样可以排除干扰,能更清晰地观察到试验结果。然后在后面放置一块有两条长缝隙的挡板,第二块挡板的作用是让相干光变成同样的两列光源,这两列光源发生干涉,相位相同效果就加强,相位有差就抵消,最后再放置一块黑色屏幕,承接干涉产生的明暗条纹。
实验结束后老师问同学们,这个实验说明了什么呢,说明了光具有波动性,不仅仅是粒子。波粒二象性不仅存在于光子中,质子、电子和其它基本粒子都具有这种特性,它们即是一种粒子也是一种波。所以用电子进行双缝干涉实验,也会出现明暗的纹路,并且电子更容易观察。实验结束后,我没好气的说道:“老墨,现在看您的了,本世纪最伟大的物理学家即将诞生。”此时我心中暗想一个高中生,如果真通过一个实验就能让一众大佬叹服,那岂不是满大街都是物理学家?于是大声为他助威:“噔噔蹬蹬,物理学家墨沙华登场。”
沙华白了我一眼不紧不慢的说:“老师我要求用电子发射器代替蜡烛灯做这个实验。”
老师闻声身体明显的颤抖了一下,然后抬起头说:“咱们实验室不具备这些条件。”然后老师转过头对大家说:“好了同学们,今天的实验就到这里吧,各位同学都回去吧,早点回宿舍洗漱吧。”
同学们把实验器材整理好,陆陆续续的走了,沙华看着别的同学都走完了,拽了一下满脸疑惑的我。物理老师却先开口了:“你俩留一下。”
我更加疑惑了,他刚想问怎么回事,沙华掐了他的腿一下,示意他别出声。老师接着问:“你们是从哪里看到的这些消息。又为什么要做这个实验?”
我淡定的说:“师道就是传道受业解惑,我从哪里看到这些问题不重要,重要的是我想明白是怎么回事,既然我不懂我就要问。”
老师安静的看着他沙华,看样子沙华没有打算说出来从哪里看到的这个消息。他叹了口气说道:“其实你问的这个问题,老师也回答不了你,这个问题在圈子里也不是什么秘密了,或许它已经超越了现在的物理学知识了。老师不是不想告诉你们,即使咱们实验室具备做这个实验的条件,咱们也观察不出什么。或许你们还有机会,将来能成为伟大的物理学家,为大家解释这个世界级的难题。老师是没机会了,我能做的就是尽我最大的努力教好你们,让你们成为可塑之才。”老师说完静静地看着二人。我听得一头雾水。而沙华却始终没有开口的意思。这样静静的对视着。我仿佛听到了自己的心跳声。我只看明白了沙华好像在研究什么世界级的难题,而这个问题和今天的实验有关。其余的他一无所知。时间一分一秒的过去了,老师和沙华都没有再开口的意思。我讪讪的说道:“老师,要不我们先回去了,改天再来拜访您。”老师似乎仍等着沙华开口,又过了几十秒,气氛越来越尴尬,我有度日如年的感觉。突然老师叹了口气:“罢了,你们回去吧。”
沙华似乎还在等老师说什么,我拽着他的衣袖,轻声说:“走吧,走吧。”二人就这样走出了实验室。到了实验室门口,我总算松了口气:“老师再见!”
出了实验室我迫不及待的问:“到底怎么回事?”
沙华拿出了一张泛黄的纸递给了我。上面记录的内容着实让我吃了一惊。原来双缝干涉实验背后还藏着一个诡异的现象。记录内容如下:
物理学家克劳斯用单个电子进行了双缝干涉实验,电子发射器对着双缝挡板的其中一条缝发射单个电子,一个电子发出后间隔微小的时间再发出第二个电子,没想到也能出现明暗条纹。要知道,之前用蜡烛作为光源是一大堆粒子同时通过双缝,而单独一个电子通过双缝也能产生明暗条纹,则说明一个电子是同时通过了两条缝,自己和自己发生干涉。
电子刚发射时是一个粒子,通过双缝就变成了波,这不难理解,毕竟电子也具有波粒二象性,所以发出的单个电子是以波的形式同时穿过双缝,自己和自己干涉后,再在屏幕上形成明暗纹路。
接下来,诡异的事情要发生了。
科学家在双缝前安装了粒子探测器,想要观察单个电子究竟是从哪条缝穿过去的时候,屏幕上的明暗条纹消失了,也就是说这时发射的单个电子并没有同时穿过双缝,而是只通过了其中一个缝,这表明此时的电子是以粒子的形态穿过双缝的,粒子一颗一颗打在屏幕上形成一条长光纹。
而当科学家撤走探测器,不观察粒子运动经过哪条缝时,屏幕上明暗纹路又出现了!这时一个电子又变成同时通过双缝,这表明对电子进行观察会影响电子的状态,电子是粒子还是波,取决于外界的观察!
这种诡异的现象仿佛电子是有生命的,被人发现了就变成粒子态,没被发现就偷偷变成波态,完全颠覆了认知。为了进一步解释这种现象,科学家设计了延迟实验,但结果更是毁三观。
我们之前的观察是在粒子未通过挡板前观测的,我们观察,粒子就具有粒子性,一个粒子只通过一条缝隙;我们不观察,粒子就具有波动性,是一种波能同时通过两条缝。延迟实验的原理相当于把探测器移到了挡板和屏幕之间,让粒子先做出选择然后再观察。
例如当单个光子通过挡板后,瞬间开启探测器,这时单个光子通过两条缝已经成为了事实,我们再观察它的运动路径发现它只通过了一条缝,并且这时干涉条纹消失,只剩下一个亮点,这就相当于将因果关系颠倒了!
你的观察令波函数坍塌,在量子力学的世界里,现在做的事情,可以改变历史上已经发生的事情。
“这张纸是哪来的?”我看完仍不敢相信,但是刚才物理老师的表情仿佛他只知道这件事,并且他也解释不了这种现象。
“如果我说这张纸是我是书桌里发现的你信吗?”沙华说道。
“这怎么可能,世上哪有这么巧合的事?”
“但是这真的是事实。我也理解不了为什么会这么巧。”
我们边走边思索,却一点头绪都没有。
实验虽然结束了,却引发了我无限遐想,之后的很长时间我一直思考这个问题,更疑惑为什么沙华抽屉里会出现那张纸,可日子一天一天过去,沙华再也没有收到任何纸条,也只能当巧合处理了。