深度長文：爲什麼單電子可以同時穿過兩條狹縫發生干涉？

對於電子雙縫干涉實驗，之前已經科普了多次。說實話，每次科普量子力學，我都會有些信心不足，畢竟很多東西我自己也不是很瞭解，只是把目前主流科學界對量子力學的認知與大家分享。

記得有物理學大佬這樣描述量子力學：如果你認爲自己理解了量子力學，恰恰說明你對量子力學一點也不瞭解。說白了，這個世界上目前沒有任何人真的理解量子力學。

所以，對於量子力學，對於電子雙縫干涉實驗，今天就不具體來講述了，換一種思維方式來理解，或許能給你一種豁然開朗的感覺。

之所以我們無法理解單個電子爲什麼能發生干涉，很大一部分原因是我們下意識地“先入爲主”了，認爲電子就是一個擁有明確運動軌跡的小球，就像宏觀世界裡的“玻璃球”那樣。

因爲，我們之所以認爲微觀粒子的行爲無法理解，原因就在於我們把宏觀世界的運動規律下意識地“轉移”到了微觀世界。在我們的宏觀世界裡，一個玻璃球確實擁有明確的運動軌跡，但在微觀世界就不是那麼回事了，並沒有證據證明微觀粒子同樣擁有明確的運動軌跡。

說白了，人類對世界的認知主要來自實驗，也只有通過實驗進行全方位的觀測，才能知道我們的世界到底是怎樣的。

那麼，單個電子到底是如何同時穿過兩條狹縫的呢？

雖然很多科普文，包括我之前的科普文都對此做了分析，但嚴格來講，人類目前還不知道，而且可能永遠都不會知道。

看到這裡，你可能會反駁：不知道你在這話叭叭半天？難道真的不知道嗎？很多科普文都說電子雙縫干涉過程是因爲電子的波粒二象性，或者量子力學中的不確定性決定的。

這裡先暫且把電子雙縫干涉先放一放，剛纔我也說過了，這次不準備具體講解電子雙縫干涉實驗，而會用一種獨特的方式讓大家放飛思想。

在很多人眼裡，科學尤其是物理學的就是要去探索世界的真相，揭開宇宙的神秘面紗。其實並不是這樣的。

各位可以簡單回顧一下我們上學時學過的物理學，你會發現，所謂的物理學知識在尋求更好的方式來描述世界的運行規律，而在這個過程中，科學家就會提出各種理論來描述大自然的運行規律。說白了，科學或者物理學只是人類描述世界的工具罷了。

任何科學理論都必須經得起實驗的驗證，所以，任何科學理論只是符合實驗的驗證，並不能說我們的世界就一定要按照科學理論運行。

說白了，大自然當然有自己的運行規律，而人類能做的只是儘可能用相對精確的科學理論去描述大自然的運行規律。

人類如今創建的所有科學理論都是如此，舉個例子，牛頓提出的萬有引力定律，就是用來描述宇宙天體的運動規律。這就意味着，宇宙天體並不見得非得按照牛頓萬有引力定律去運行，或許其他理論同樣能詮釋天體的運動，而且詮釋得更好。

現在，回到單個電子的雙縫干涉實驗中來，爲什麼會這樣？答案很明顯就是“不知道”。當然，這裡的“不知道”只是我們不知道單電子雙縫干涉隱藏的真正本質，但我們試圖通過實驗過程來提出一些理論來詮釋電子的行爲。

實際上，我們不僅不知道題目中的答案，同樣不知道地球到底爲什麼要圍繞太陽轉。你可能會嗤之以鼻：你開玩笑呢？地球圍繞太陽轉不是因爲萬有引力嗎？

但問題是，萬有引力真的是本質嗎？牛頓告訴我們有質量的物體就可以產生引力，但爲什麼會這樣？爲什麼質量就一定會產生引力？

你可能會提到愛因斯坦的廣義相對論，認爲引力的本質是時空彎曲，有質量的物體可以造成時空彎曲，給我們一種引力的表象。但問題並沒有結束：有質量的物體爲什麼會造成時空彎曲？

你會發現，無論你給出什麼樣的答案，問題都會一直存在，這就像是俄羅斯套娃那樣，永遠沒有最終的答案。

也就是說，任何問題一旦窮奇所問，最終一定會走進死衚衕。

當然，我知道，這樣的回答你肯定不滿意。因爲這種回答方式顯然已經脫離了科學範疇，甚至需要哲學來解答了。

事實上，我們不需要用哲學這種抽象的思想來解釋大自然運行規律，同樣可以用科學手段去詮釋。

不管是單個電子的行爲，還是任何其他實驗現象，我們都可以根據具體實驗現象創建一套自洽理論，關於電子行爲的理論就是量子力學。通俗理解，就是我們可以根據實驗現象“倒推”出某個自洽的理論來解釋這種現象。

於是，在量子力學框架內，就會認定像電子這樣的微觀粒子，嚴格來講並不是粒子，而是一種波，所有的微觀粒子都對應某個波函數，正是這個波函數控制着微觀粒子的運動軌跡。理論上波函數可以在空間裡任何一個地方傳播，無處不在，所以單個電子會同時穿過兩條狹縫，“自己與自己”發生干涉。

也就是說，科學家們觀測到了“單個電子穿過兩條狹縫後在屏幕上出現干涉條紋”，然後根據觀測到的現象總結出了“電子具有波動性”，“電子具有波粒二象性”，還有“單個電子在穿過兩條狹縫後會發生干涉”等。

當單個電子穿過狹縫擊中屏幕後，屏幕上確實以一個點的形式呈現出來。而當大量單個電子一個一個穿過狹縫擊中屏幕後，屏幕上就會呈現干涉條紋。這也表明了電子具有“波粒二象性”。

總結

今天對於電子雙縫干涉實驗的科普，並沒有直擊實驗本身，更多的是從“對科學或者物理學的理解和認知”來詮釋的。任何科學理論的誕生，其實最根本的都要通過實驗來驗證。同時任何科學理論，都一定有適用範圍，畢竟科學理論是在實驗的基礎上得出來的，而人類對實驗過程的觀測和分析一定會有侷限性。

量子力學能較好地解釋單個電子的雙縫干涉現象，但這並不意味着量子力學是唯一能詮釋的理論。

最後我還想強調的是，對於任何問題，如果我們不斷追問“爲什麼”，結果必然會超出科學和物理學的範疇。這表明絕大多數科學家所追求的並不是詮釋大自然現象的本質和底層邏輯，而是尋找更精準更普適的理論模型，實際上這就意味着解釋大自然現象的理論肯定不止一個，就看哪個理論在自洽的基礎上更精準了！