人類對自然世界和宇宙特徵和發展趨勢的認知，是基於一個個科學觀測和實驗，然後總結歸納其中存在的規律，繼而提出相應理論或者假設的系統性過程。自從人類意識到光的存在之後，對於光到底是什麼這個問題，一直以來都是不同學派科學家和科學工作進孜孜以求的焦點，推動著物理大廈的“層層加碼”，也不斷夯實著大廈的根基。不過，在探索這個問題時，科學家們遇到了一個很難完美解釋的問題，那就是光的雙縫幹涉實驗所展現出來的“矛盾”，並且通過這個矛盾，直接推動了量子力學的發展。
雙縫幹涉實驗
在牛頓開創了力學世界廣闊天地的同時，他也對光到底是什麼進行了深入研究和探索，最有名的莫過於三稜鏡和牛頓望遠鏡的發明，並且提出光和其它運動的物質一樣，是由粒子構成，在運動過程中，會因介質的不同而發生折射和反射。
1801年，託馬斯-揚為了探明光的運動特徵，實施了一個非常著名的實驗，即雙縫幹涉實驗，實驗的過程非常簡單，就是將一個光速射向一個遮擋物，在這個遮擋物上事先開兩個相近的條形缺口，以便於光線能夠穿透過去。在遮擋物的後面，再放置一個光屏，用以觀察光線穿透遮擋物後的表現形式。
按照牛頓對於光是粒子性的論斷，那麼光線在穿過兩個豎條空隙之後，理所應當地應該在光屏上留下兩個光條紋。然後，實驗的結果並非如此，光屏上呈現的是多條平行的豎紋。之所以出現這種狀況，託馬斯-揚解釋說，光在傳輸的過程中，是以波的形式進行的，就像水面的水波紋一樣，不同的波在相遇時會發生幹涉現象。光線在穿過兩個孔隙後，會形成兩條光波，然後在繼續傳播的過程中，兩條光波彼此發生幹涉，於是在光屏上呈現出了明暗相間的條紋。
雙縫幹涉實驗從某種意義上，證實了光既具有粒子性，也具有波動性，從而奠定了光的波粒二象性特徵。
雙縫實驗的升級版
隨著光電效應和黑體輻射的發現，很多科學家覺察到光線所具有的能量，是光與原子之間以粒子的形式交換能量的體現，而這種交換則是間斷進行的。於是一些科學家利用特殊的儀器，將以粒子流的形式發射出去，來重新觀察雙縫實驗的結果（實際操作中是以電子來代替光子）。
實驗結果顯示，當一系列電子通過儀器連續發射出去之後，在顯示屏上就會出現眾多粒子圖案，電子的數量越多，從遠處觀察顯示屏上就越能體現出幹涉條紋的模樣。有科學家解釋是大量的電子在傳輸過程中，會發生相互碰撞和擠壓的過程，於是就形成了類似波紋的幹涉現象。
為了再深入一步闡釋這個問題，科學家又做了“終極實驗”，那就是一次只發射一個電子。按理說一個電子只能穿透遮擋物中的一個縫隙，並只能在顯示屏上留下一條斑點。殊料，最終的觀測結果是，即使是一次只發射一個電子，在顯示屏上顯示的也有若幹條紋，這表明了一個電子也能通過縫隙形成幹涉條紋。
這個結果讓所有的科學家都大吃一驚，一個電子穿過縫隙，它和誰進行的幹涉呢？
事實其實還遠不止如此“怪異”
科學家們為了弄清這一問題，選擇使用高效的光電探測器，想以此來觀察電子在穿越縫隙中的運動情況，結果更讓科學家們大驚失色。
最終的結果是，當光電探測器打開時，也就是人們對電子進行觀察，那麼在最後的顯示屏上只顯示出兩個條紋。而只要探測器關閉，則最後在顯示屏上就會出現多個幹涉條紋。這似乎在說明，電子能夠“感受”到人們是否在觀測它。愛因斯坦針對這樣奇怪的結果，也表示非常地不解，認為這是不可思議且無法解釋的，肯定存在我們還沒有掌握的理論體系，“上帝是不會擲骰子的”。
量子力學對雙縫幹涉實驗的解釋
量子力學是建立在對微觀世界物質運動規律探索的基礎上，由於經典力學不能完美解釋微觀物質的運動規律所發展起來的一門理論，其核心內容為薛定諤方程，這個方程理解起來比較困難，表達式為：
其中E為微觀粒子的總能量，V為粒子的總勢能，通過這個方程，我們可以得出它的解（描述粒子運動途徑的量）為：
通過這個解，我們可以看出，決定粒子運動途徑的量，即在特定的時間點t下，我們判斷不出這個粒子所處的精確空間位置（x,y,z），而是一個關於（x,y,z）的函數，說明微觀粒子在特定時間點上的位置，是所有可能出現空間位置的一個集合。在薛定諤方程的基礎上，科學家又推導出來不確定性原理，也就是對於微觀粒子來說，它的位置和動量是一對“矛盾體”，即如果對其位置的瞭解越精確，那麼其動量就越測不準，反過來如果對其擁有的動量了解地越具體，那麼其位置就越無法捉摸。不確定性原理成為量子力學描述微觀粒子運動最重要的規律之一。
基於薛定諤方程，許多科學家不斷豐富著量子力學的理論體系，進一步對量子力學進行系統性闡述，形成了諸如波函數的坍縮、量子糾纏、多重宇宙空間等等一系列的推測性論斷。
我們最後再聚焦一下雙縫實驗，根據量子力學的相關解釋，之所以單個電子在人們觀察與否的不同條件下，會產生不同的顯示結果，主要原因就在於人眼或者儀器的觀察，決定了作為具有“波粒二象性”性質的光線（電子），是否發生“坍縮”。也就是說，一旦電子被觀察，則原本以波的形式傳播的狀態，瞬間就會坍縮為粒子模式，單獨的粒子是無法產生幹涉條紋的，所以看到的只是兩條豎線。如果不觀察的話，那麼則繼續以波的形式傳播，這時候就會產生幹涉條紋。
現有理論和諸多實驗證明，物理學家玻爾所提出的關於雙縫實驗原因，即電子處於疊加狀態，一旦被觀察則會坍縮成粒子態的論斷是正確的。在微觀世界，所有的量子狀態，無論是從波函數還是其它數學表達上看，這種狀態都是帶有不確定性的，是一種概率上的表達而已。
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