内容主要来自量子力学科普书《见微知著》

量子力学的经典电子双缝干涉实验证明了粒子具有波粒二象性，是量子力学迄今为止最重要的实验，让我们一起来看一下这个实验。

如图所示，费恩曼设想的理想单电子干涉示意图。最左侧为电子枪，1和2为两条狭缝。当只开启缝1或者缝2时，电子穿过狭缝打到后面的接收屏上的分布曲线分别是P1和P2，当两条缝都开启时，接收屏上电子的分布曲线不是P1和P2简单的相加，而是如最后一个图片下面所标注的公式。

这个实验最令人不可思议的，是当两条缝开启，电子枪单个射出电子，其间间隔足够长的时间，最后得到的电子分布依然如上图所示，好像是先到的电子“规定”后到的电子的行为。

如果觉得上述说明不足以理解，请看下面进一步的说明。

在宏观世界中，以玻璃球为例。我们让玻璃球射过开了一道缝的挡板，大家知道，玻璃球会在后墙留下的痕迹，是一条线。射过开了两条缝隙的挡板，在后墙也是两条线。如下图。

当把玻璃球换成水波的时候，开一条缝，在后墙上也会出现一条线。开了两条缝的，就会出现干涉条纹。如下图。

那么量子世界是咋样的呢？将玻璃球换成电子，通过一条缝隙时候，后墙上只有一条线。如下图。

通过两条缝隙时候，后墙上出现干涉条纹。科学家在想，这么小的电子是如何出现干涉条纹的。他们设计了单电子干涉实验。让一个电子通过一条缝隙，后墙也只出现一条线。可是让人奇怪的是，当开了两条缝隙时候，竟然出现了干涉条纹现象。如下图。

这该怎么解释呢？明明电子一个个射过双缝的。怎么还出现了干涉条纹，难道一个电子同时穿过了两条缝隙？ 如下图。

更让人不解的是，当用摄像机试图看着电子的时候，干涉条纹竟然消失了。不看的时候，干涉条纹又出现了。 观测竟然也能影响电子行为？ 它知道我们在看它？ 如下图。

这就是电子双缝干涉实验，所以费曼说：“电子双缝实验是量子力学的中心区域，研究量子力学，这个问题不可避免。”任何想要重建量子力学的人，也不可能避开这个问题。

结论一：当单个电子一个一个通过双缝后会形成干涉，说明单个电子有波属性。

答案：一个电子可以自相互作用发生干涉，但 一个电子的干涉可以忽略不计，也就是你观测不到。 这是量变到质变的认识。

这意味着对电子双缝干涉条纹现象的研究是群体行为而非个体行为。

答案： 电子不会同时通过两条缝隙。

大多数相信它可以同时穿过两条缝隙的人，都会拿高维度空间来解释，关于平行宇宙，多宇宙，高维度空间等未经证实的理论，在此不讨论。

答案：说明了两条缝隙对产生干涉的必要性，也即说明了 电子干涉和光的干涉现象没有本质区别。

单电子双缝干涉实验电子是一个一个间隔发出的，而经典的光干涉实验发出的是一束光而不是单颗光子，在这点上它们是有区别的。但就干涉而言，它们的本质是一样的。

即然光的干涉和电子干涉本质是一样，那么问题就转化为单电子是波还是粒子？

答案： 单电子具有波的性质，通过自相互作用，发生干涉。 （见本文第四部分的两个新闻证明）

就干涉而言，一定要是波才能行，这是前提条件。单电子具有波的性质意味着，可以用经典的光的波动理论来描述电子双缝实验，这样就不用考虑它究竟是通过哪个缝隙的问题了，因为通过哪个都可以自相互作用发生干涉。就好像一个人跳格子，左一下，右一下，这样就留下了干涉条纹。

答案： 因为波动关系，我们必须要用惠更斯和菲涅尔的光的波动理论来解释。 也就是波动“包络面”“次波”的概念的来理解。

结论二：当观测电子时，干涉消失，表现为粒子属性。

答案： 对实验结果产生影响的不是人的意识。

如果是因为意识，那么人的观测和物体的观测应该有不同的结果，因为物体没有意识。但通过公开的实验信息知道，无论是实验者自己看还是摄像机测，干涉条纹均不会出现。

答案： 电子或者光子不具有自我选择意识。 （见本文第四部分的新闻一证明）

答案（未经实验的推测）：目前能想到的合理自洽的解释是， 观测行为影响结果的原因是“有序的定向观测”影响。

在实验中，每一个物体都可以通过辐射来“观测”电子，但这些观测是无序并混乱的。现在有一个开着的摄像机，对着双缝观测，形成一个有序的“定向观测”，影响到了电子的干涉条纹的形成。“定向观测”观测取消，干涉条纹又出现。（如果以开着的摄像机因为通电而有磁场来解释其与其他物体的不同也是说不通的，因为实验室通电的设备不仅有摄像机。）

至于影响的机制，通过场的方式来破坏电子的干涉条纹形成的可能性比较大。（可以通过建一个定向磁场来影响电子双缝实验的方式验证。）

对于观察行为影响结果，可以这样理解：一组“电子”水波，向前走，遇到挡板的两个缝隙，大家知道肯定要发生干涉条纹的。但这个时候，水盆里突然掉入一块石头（观测行为），干扰了干涉条纹的形成，没有这块石头，干涉条纹将会出现。

假设在某大学一个实验室中做这个实验，当实验外有人看着这个实验室时算观测吗？实验室是否隔绝了这样的观测？

答案： 观测距离是有限制的。

目前是这样的认为，实验外面的情况，对实验室内的实验，起不到观测作用。这点可以用观测行为发生作用需要达到一定的辐射能量强度来解释。

只要光通过两条缝隙的实验条件符合，干涉条纹就出现，并不受观测行为影响，但单电子却不同，这是为何？

答案： 光束和一个电子的“稳定性”不同，单个电子对观测能量更加“敏感”。

影响的能量不足以影响到光束形成干涉条纹，但足以影响到电子的干涉条纹形成。这就是量子力学与宏观物理学的区别。

中科大新闻网：中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组 首次实现了量子惠勒延迟选择实验，制备出了粒子和波的叠加状态 ，极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。

研究成果作为封面文章发表在9月份的《自然-光子学》上，英国著名量子物理学家Adesso教授和Girolami教授，在同期杂志的《新闻与观察》栏目以《波-粒叠加》为题撰文，高度评价了这一研究成果：“量子惠勒延迟选择实验的实现挑战互补原理设定的传统界限，在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《自然-物理》杂志也以《选择的问题》为题在《研究高亮》栏目报道了该成果，评价该成果“重新定义了波粒二象性的概念”。

量子实验装置的引入，使得人们可以从一个全新的视角来观察世界，就好像给我们安上了一双“量子的眼睛”，能够看到经典探测装置观察不到的物理现象。此项研究工作拓展和加深了人们对玻尔互补原理的理解，揭示了互补原理和叠加原理间的深层次关系，也使得人们对“光是什么”这个萦绕千年的问题有了更进一步的理解。

该项研究受到科技部和国家自然科学基金委的资助。

光是什么？这是个古老的科学问题。三个世纪以来粒子和波的概念就一直是对立的，比如牛顿最初的粒子说和胡克及惠更斯的波动说。现在我们对光的理解可以归结为玻尔的互补原理，即光具有波粒二象性，波动性和粒子性这两种属性即对立又互补，一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中，单个光子被第一个分束器分到两个路径上，在第二个分束器所在位置重合。如果我们选择加入第二个分束器，则构成干涉仪，有干涉条纹，观测到波动性，反之如果我们选择不加第二个分束器，则不能构成干涉仪，没有干涉条纹，观测到的是粒子性。马赫-曾德干涉实验是可以用量子力学解释的。

然而存在一种隐变量理论认为，光子是有自由意志的，在进入干涉仪之前光子就察觉到有没有第二个分束器，然后光子根据它察觉到的信息决定自己经过第一个分束器的方式，从而展现粒子性或波动性。

为了检验这种隐变量理论和量子力学孰是孰非，玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验，即实验者延迟到光子已经完全经过第一个分束器之后再选择加不加第二个分束器。在经典的惠勒延迟选择实验中，探测光的波动性和粒子性的实验装置，即加与不加第二个分束器，是相互排斥的，因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。

李传锋研究组设计出了量子实验装置，巧妙地利用偏振比特的辅助来控制测量装置，使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种对立状态的量子叠加态上。他们利用自组织量子点产生的确定性单光子源作为输入， 实现了量子的惠勒延迟选择实验，排除了光子有自由意志的假设，并首次观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态。

实验结果显示，处于波粒叠加态上的光子，既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹，也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹，而是展现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒，亦波亦粒”的表现形式。

2021年澳大利亚一个研究小组也获得光同时表现出波粒二象性的单个快照，新闻也摘录如下：据澳大利亚spacedaily网站2021年3月3日报道，量子力学告诉我们：光可以同时表现波粒二象性。然而，人类迄今为止还从未在实验上同时拍摄到光的波粒二象性；最多我们能看到光波动性和或粒子性，但总是在不同时间。

通过采用完全不同以往的实验方法，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们第一次从实验上同时拍摄到光波粒二象性的快照。这项突破性研究成果发表在《自然通讯》杂志上。

Fabrizio Carbone说：“这项实验有史以来第一次证明，我们可以直接拍摄量子力学及其矛盾属性。”

此外，这项开创性工作的重要性在于它可以扩展基础科学到未来技术。正如Carbone解释说：“能够像这样在纳米尺度对量子现象进行成像和控制，开辟了迈向量子计算的新途径。”

当紫外光线照射金属表面时，它导致电子发射。阿尔伯特 爱因斯坦这样解释“光电效应”：光原本认为仅仅是一种波，其实它也是一束粒子流。虽然各种实验已经成功观察到了光的波动性和粒子性行为，但是它们从未被同时观测到。

EPFL的Fabrizio Carbone领导的一个研究小组，利用一个巧妙的方法完成了一项实验：使用电子来使光成像。研究人员有史以来第一次，获得光同时表现出波粒二象性的单个快照。

实验这样设置的： 一束激光脉冲照射在微小的金属纳米线上。激光使纳米线中的带电粒子能量增加，引起它们振动。

光沿着这根小小的纳米线在两个可能的方向上传输，就像公速路上的汽车。当沿相反方向传输的光波相遇时，它们会形成驻波（stand wave）。这里，驻波成为实验的光源，在纳米线周围辐射。

实验的巧妙之处在于：科学家们在纳米线附近发射一束电子流，利用它们来使光的驻波成像。因为电子与限制在纳米线中的光相互作用，因此，电子会加速或减速。利用超快显微镜对电子速度发生变化的位置成像，Carbon的团队现在可以使这个作为光波动性指纹的驻波可视化。

这种现象说明光的波动性，同时它也证明了光的粒子性。当电子在很接近光驻波的地方传输时，它们与光粒子，即光子发生碰撞。

如上文所述，这会影响电子的速度，使它们移动得更快或更慢。这种速度变化表现为电子和光子之间能量“包”（量子）的交换。这些能量包之间的交换，表明纳米线中的光是一种粒子。

为什么人们总是对细思极恐的“双缝干涉实验”感到十分畏惧，这项物理实验究竟蕴藏了什么秘密令人如此不寒而栗？难道诡异的电子双缝干涉实验有着恐怖片一般的观影感受？实际上，双缝干涉实验之所以令人感到恐怖是因为这项实验颠覆了数千年以来，人类对客观世界的主流认知，简单来说就是，当人类在认识世界、改造世界的的过程中，人们的意识决定着客观对象的呈现形式，这一结论是不是十分的雷人呢？

　　在经典科学的认识论与方法论中，人们再一次强调认识活动中主体与客体的分离关系，并指出客体独立于主体，主体的认识活动甚至无法对客体产生任何影响，千百年以来，这些原则也成为了人类的认识活动的基本原则，后来，还在牛顿等人的推动下不断“大放异彩”，甚至无法撼动，随着人类对世界基本认识的不断深入、不断扩展，当人们成功的打开了亚原子的大门时，也将一个惊人的秘密揭示，也就是极具里程碑意义的电子双缝干涉实验，英国科学家托马斯扬的光干涉实验研究，为人类抛下了一个问题，即光的本质为何物，是粒子还是波？

　　物理学者们为此展开了争论，然而，他们的探讨仅仅局限于经典物理范畴，蒂宾根大学的克劳斯约恩松突发奇想后，利用电子进行了意义非凡的双缝干涉实验，从而使得量子领域的潘多拉魔盒释出了洪荒之力，17世纪，几何光学之父牛顿建立了经典力学，他认为光是由不计其数个微小粒子组成的粒子流，也就是人们有所耳闻的光的粒子说，这一理论也合理的解释了光的折射、反射等现象，从而导致随后的100多年里，光的粒子说成为了光的正统学说，托马斯杨完成了光的双缝干涉实验，并在实验中证实了光是波，因为干涉仅仅是波的特征，从而导致光的波动说成功的取代了光的粒子说的地位。

　　100多年以后，人们在光的波动说中探索到了部分无法解释的神秘现象，例如黑体辐射、光电效应等，从而导致爱因斯坦、普朗克等物理学家再次将光的粒子说搬回科学的舞台，幸运的是，随着量子力学的发展，人类首次指出光的波粒二象性，美国著名理论物理学家费恩曼曾说，双缝干涉是量子力学的核心实验，它甚至包含了量子力学最深刻的奥秘，后来人类在经典力学的光的波动学说中逐渐懂得，双缝干涉现象实际上只是对光的波动进行了解释，甚至不足为奇。

　　有趣的是，双缝干涉在量子力学中，则显得十分烧脑，它带来的诸多问题，就连科学家们也表示没有头绪，量子力学认为双缝干涉实验中，光是由一份一份的光量子构成，每一份的能量大小为E=hv，h记为普朗克常数，v则是光子的频率，双缝干涉实验是指，当一束单色光穿过很窄的单缝后再次穿过双缝时，便会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹，这项实验的神奇之处在于，当人类一个一个的发射光子时，也能够得到干涉条纹，当人们将光子置换为电子、分子时，也依然得到了干涉条纹，该实验现象表明了一个事实，即单个粒子在同一时间内同时通过了双缝，这一现象相当于单个粒子被一分为二后通过了双缝，干涉期间，它们将再次组成一个粒子落到屏幕上。

　　然而，这还不算什么，惊人的是，当人类试图探测粒子究竟穿过了哪条缝时，例如在双缝处安置探测器等行为，人们会发现，实验中的干涉条纹竟会立即消失的无影无踪，也令科学家们感到十分费解，因为人类怎么也想不到，观察实验的过程与否竟会影响实验的结果，爱因斯坦对此表示，难道你不观察月亮的时候，月亮就不存在了吗？

　　当不计其数的顶级物理学家对量子力学的双缝实验现象进行全面的猜想时，他们最终找到了合理的解释，并将实验进行延伸，引出了薛定谔的猫、延迟选择量子擦除实验等，也让人类逐渐懂得薛定谔的猫这一思想实验中，猫死与猫活对应了双缝干涉实验中的两条缝，两项实验的本质相同，当人类决断出双缝干涉实验时，也梳理清楚了既死又活的猫，如此看来，人的意识决定着电子的行为，这也是电子双缝干涉实验给予人类的答复，这项实验也一举拿下了令人头皮发麻的十大物理实验的首榜，至此，你还天真的认为鬼魂仅是迷信吗？

和意识无关!电子双缝干涉实验神奇在哪里？波粒二象性的由来

关于不确定性原理是否能被形容为观察者效应稍微有点争议，我过我个人认为这种争议仅仅在于这种效应在理论上是否能够避免。如果认为不能避免，那么我觉得称作观察者效应是没问题的。

2021-01-26 回答者: 野欲1996 1个回答

双缝干涉试验的观察者效应究竟是怎样的

答：事实上，性质的电子双缝干涉实验很简单，是在运动中的电磁波的电子激发，电磁波和电磁波干扰！ 电子干扰是怎么回事呢？这是因为电子是非常轻，它是容易受到干扰强度区间分布电磁场效应，就像两个很轻的纸船在平静的水面造成两波干扰

2021-07-26 回答者: 爱笑的柯南推理 1个回答 3

双缝干涉关于观察者会影响实验结果的问题

问：干涉条纹是因为两列波相干，但是听说有这样一个实验，科学家通过仪器向...

03:34

回答: 太空科学站v

时间: 2021年02月13日

获赞: 3次

为何双缝干涉延迟实验的结果，让科学家感到恐怖？

双缝实验与观察者

问：据说观察者能影响实验结果,有没有相关视频或是能与我交流的做过这样的实...

答：放大镜而已，但是在中间有一十字刻度线，旁边有一刻度轮旋转，测得两条明纹的距离。

2021-01-13 回答者: 树叶飞片2 1个回答

关于双缝干涉实验和观察者的问题

问：关于双缝干涉实验和观察者的问题首先，实验是有人观察粒子到底通过哪个...

答：量子力学的精髓就是没有观察就没有结果。量子态是对概率状态的描述，而观察使概率事件变为确定事件，也就会改变量子态本身。

2021-09-10 回答者: cn#aGaVBfVaGk 2个回答 4

观察者改变双缝实验结果的原因是什么?

答：在双缝实验中，没有观察者改变结果。干涉沉积发生在宇宙中有人监视或者没有人的情况下。 平板(或CCD照相机)用来探测光或电子。 顺便说一下，双缝实验并没有什么神秘的东西，也不能证明粒子本身就具有子波二象性。

人类经历了石器时代、农业时代、工业时代，历经几百万年，终于来到了科学的时代。在人类没有科学的时代，把所有的现象都归结于神，就连下雨打雷都是神“操作”的。自从人们拿起科学的武器之后，大部分的神论都“不攻自破”，人们也现在了“巨人”的肩膀上，更加正确地探索世界的本质。

科学的发展，是基于无数科学法则与理论的，不管什么事情，其背后都有对应着的科学理论，而现在大部分的科学研究，都是在挖掘科学理论。对于世界万物的运行，人类已经总结出了一门伟大的学科，这就是物理学，它就像是一把钥匙，一步步地把世界真相之门向人类打开，提到物理学，就不得不说伟大的物理“先驱”——牛顿。

牛顿之前，世界是有神论的天下，不管是刮风下雨，还是昼夜交替，都是上帝在“控制”，但是自从牛顿提出“万有引力”定律之后，世界的本质貌似被揭开，物理学家们的眼前突然变得一片光明，从那以后，从那开始的两百多年以来，经典力学成为了当时人们眼中的真理。

在“万有引力”中，不管是苹果落地，还是天体的运动，都是万有引力的“作用”，有了引力，月球才会紧随地球，地球才会围着太阳转，这才产生了昼夜交替。在当时，科学家们就把“万有引力”定律当作了物理学界的“天花板”，不管是什么物质都无法脱离“万有引力”，万有引力就是科学的“尽头”。

但是随着科学的进一步发展，经典力学的各种缺点也都“暴露”了出来，它只能解释宏观问题，而在微观的世界，万有引力就失去了作用。这个时候，另一个伟大的理论出现了，那就是爱因斯坦的“相对论”，它可以描述强引力场中的物理学。

虽然“相对论”可以解释强引力场下的物理现象，但是在微观世界，特别是“量子力学”，连“相对论”都很难解释。

到现在为止，人类所探索出来的所有理论，在这个世界中只不过占“冰山一角”，有太多的未知现象等着人类的探索，另外随着上个世纪出现的“量子力学”，更是让人们无从下手，没有任何的理论可以解释“量子力学”，甚至让人们对整个世界的认知都发生了变化，著名的『电子双缝干涉实验』就是“导火索”。

相信很多人都听说过这个实验，甚至有很多人做过，其实这个实验非常简单，首先大家思考一下，如果用电子打在有两条细缝的纸板上，会在后面呈现什么样的形状？相信很多人都觉得是与细缝对应的两条细线，其实并不是细线，而是很多深浅不同的条纹。

看到这相信很多人就很惊奇了，其实这样的现象还是可以解释的，出现这种现象的原因是电子之间产生了干涉，在相互作用力的影响下才呈现这样的情况。但是这个实验远远不止于此，令人惊奇的还在后面。

有科学家想记录下电子穿过细缝时的过程，就用一个监视器来观察，但是结果却和之前不一样了，在监视器观察的情况下，之前那种条纹却消失了，得到的是两条对应的细线。

这个现象直接“颠覆”了之前所有的物理理论，难道电子走了“自我意识”？它意识到有观察者在观察着自己，于是就改变了物理实验的结果？这是任何科学都解释不清的，难道科学的背后真的是神？我不觉得，我相信随着科学的发展，人类迟早会慢慢揭开这些谜底。