這次解釋的是紀方華:“因為常規(guī)光線的波長遠遠大于原子直徑,光學(xué)顯微鏡中的可見光會繞過原子導(dǎo)致無法顯像。傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡使用的可見光只能分辨間距不短于自身半個波長的兩個相鄰點,充其量只能區(qū)分200納米的細節(jié),但原子的直徑約為0.01到0.1納米之間,所以你明白的。電子顯微鏡有所不同,但所依賴的,依舊是電子。只不過是頻率更高波長更短的電子束,精度能達到0.002納米。通過向樣品發(fā)射電子束,電子束透過樣品,再被能直接檢測電子的新型照相機錄入,最后經(jīng)過一系列復(fù)雜的匯總解析合成,最終耗時很久才能做出一張清晰精密的原子級圖片。”
蘇向看著米瑤,賤兮兮道:“你看,這家伙其實什么都懂!就是悶騷!回頭我教你兩招,保證你把他治的服服帖帖!”
米瑤的睜著一雙大眼睛,無辜的看著紀方華,紀方華哭笑不得:“別鬧!說正事呢!”
蘇向繼續(xù)道:“好吧,繼續(xù)剛剛的話題。無論是光學(xué)顯微鏡,還是電子顯微鏡,或者精確度更高的冷凍電子顯微鏡,究其根本,還是依賴電子束才能夠做到成像。但電子是如今已知最小的粒子,夸克雖然是組成電子原子的基本粒子,卻無法單獨分離。因此對于電子本身,無法使用類似于冷凍電子顯微鏡的手段,獲得電子圖片。換而言之,一個人不可能不借助任何東西提起自己。要想看到電子,就必須借助合適的工具。雙縫干涉實驗的最終目的,就是觀測到電子在微觀世界的變化。通俗點說,就是要看到電子,可咱們剛剛就說了,電子是無法被直接觀測到的!所以這就是雙縫干涉實驗的難點,找到一個合適的工具,能夠觀測到電子又不對其產(chǎn)生影響的工具!”
紀方華所有所思,米瑤則依舊是一頭霧水。
蘇向繼續(xù)說道:“如今的探測器,大概是光子探測器和熱探測器兩種,我對此了解不多。雙縫干涉實驗所用的探測器到底是什么類型的,我也不知道,也無從做出判斷。但明確的一點是,這種探測器會對電子的量子狀態(tài)進行改變。那么,什么樣的探測器才不會改變電子的量子狀態(tài)呢?”
紀方華忽然開口:“引力波探測器!”
蘇向贊賞的看著紀方華。
紀方華說到:“剛剛向哥說過,光粒子在照射到一個分子上時,我們不知道它發(fā)生了什么,只知道其能級降低,頻率波長改變。其實通過對其中基本力的描述,可以提出一個猜想,首先排除強弱相互作用力,因為這兩種力的距離都非常短,強相互作用力的距離只有質(zhì)子到中子的距離,用于鎖定原子核內(nèi)的中子和質(zhì)子形成穩(wěn)定原子核。弱相互作用力的距離更短,當(dāng)中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時會釋放出中微子和電子,中微子和電子之間存在弱力,且只有中微子和電子接觸時才會存在弱力,一旦二者分開,弱力便會消失。至于引力,引力是這四種力中最弱的力,比弱力還要弱,弱到常規(guī)實驗里,基本上都不會考慮引力的影響。那么只有一種可能,就是電磁力,電磁力會對光子造成影響,這一點是經(jīng)過精密實驗論證確定的!雙縫干涉實驗的電子探測器應(yīng)該是更加精密的光子探測器,所以才會對電子產(chǎn)生影響!去掉所有的可能,對電子本身不會造成影響的,只有引力了!那么現(xiàn)在咱們換一個方向,使用引力波探測器,假設(shè)這個引力波探測器足夠精密,能夠感知到單個電子對探測器自身產(chǎn)生的引力,那么就能在不干擾電子的量子狀態(tài)下,即在干涉圖樣保留的情況下,探知其究竟是通過哪一條狹縫!”
米瑤還是不懂:“可是這樣一來,需要與之前一樣裝置探測器,不還是會對電子造成干擾嗎?”
蘇向道:“不一樣的。因為引力是一直存在的,干涉圖樣下電子的量子狀態(tài)也會一直被引力影響。引力探測器的目的并不是探測電子的引力,而且讓電子本身的引力對探測器產(chǎn)生影響?!?p> 米瑤攤手:“不一樣嗎?”
蘇向捂著腦袋想了想:“這么說吧!電子就像一個在奔跑的人,常規(guī)的觀測方法,就像是在他旁邊突然出現(xiàn)了另一個人或者攝像頭在看著他,那么這個人肯定會受到或多或少的影響,要不被嚇一跳,要不干脆就停下來了解一下,但無論怎樣,他的狀態(tài)會被改變。而引力波探測器,則是通過探測他的腳印或者身體帶起的風(fēng),來確定他的路徑,不會對他本身產(chǎn)生影響。因為他根本沒有發(fā)現(xiàn)有人在觀察他,或者說我們也沒有觀察他,我們觀察的,只是他的腳印?!?p> 米瑤總算是明白了,可隨即又提出了一個問題:“可是按照量子擦除實驗的結(jié)果來說,互補原理之下,干涉圖樣和路徑信息互補,理論上是不可能同時存在干涉圖樣和路徑信息的!而且還是無法解釋單個電子自我干涉的原因!”
蘇向道:“怎么不存在?宏觀狀態(tài)下的干涉圖樣,已經(jīng)告訴我們了,必然有一個確定的路徑信息,只是我們沒有足夠的工具觀測而已。就像互補原理說的,干涉圖樣和路徑信息就像一枚硬幣的兩面。正常情況下,我們不可能同時看到硬幣的兩面,但借助鏡子在合適的角度,我們輕易就能看到。至于單個電子自我干涉,目前來說確實沒有更多的猜測。這個實在沒辦法,對于量子世界,我們的了解太少,只有在干涉圖樣存在的情況下確定了路徑信息,才能做出進一步的猜測,不然一切都是空談?!?p> 米瑤這才恍然,看著蘇向和紀方華感嘆道:“怪不得方華總是說,和你相比,他根本算不上什么天才!我之前根本不信,所以才老想著揍你一頓,看你拿什么裝!現(xiàn)在我是真的服了!雙縫干涉實驗?。∫粭l死路,居然真的硬生生給你找出一條羊腸小道!”
紀方華卻不像米瑤那么樂觀:“哪有這么簡單?理論是有了,可要實現(xiàn),不知道要多久以后了!引力波探測器的應(yīng)用大多是關(guān)于天文方面的。要造成能夠探測到電子引力級別的引力波探測器,目前來說,我想不到任何一種可能。電子自身的質(zhì)量太小了,引力也弱的離譜,難度太大?!?p> 蘇向也感嘆道:“是啊,這面鏡子,不好做??!”