太空的生活是安靜的,也是枯燥的。
林翾學(xué)會(huì)了在無(wú)人的宇宙空間中與太陽(yáng)和黑暗作伴,這里沒(méi)有人打擾,可以在極端安靜的狀態(tài)下聆聽(tīng)宇宙的呼吸聲音,在沒(méi)有打擾的情況下思考一些問(wèn)題。
“歐羅巴深空研究站”有幾個(gè)年齡相仿的孩子,與林翾談得來(lái)的只有名叫瑪麗的小女孩。
最近,第一空間購(gòu)買的空間站“深空號(hào)”被移動(dòng)到與第二空間站“歐羅巴”相同的地點(diǎn),并進(jìn)行位置精準(zhǔn)重合,兩個(gè)空間站可以通過(guò)量子糾纏系統(tǒng)實(shí)時(shí)交流。
在太空站生活與地面不同,自己獨(dú)處的時(shí)間更多一些,這里沒(méi)有地面上人員復(fù)雜,更沒(méi)有犯人勾心斗角,除了必要的課程學(xué)習(xí)外,可以閱讀任何感興趣的東西。
林翾受媽媽的影響,對(duì)物理課程比較關(guān)注,特別是對(duì)量子力學(xué)理論達(dá)到了著迷的程度,他想看看在太空中的雙縫試驗(yàn)結(jié)果與地球上是否一致。
既然有這個(gè)興趣,當(dāng)然不能打消他們的積極性。林昱靜向上匯報(bào)后,決定在兩個(gè)空間站的物理實(shí)驗(yàn)室,重復(fù)240年前,英國(guó)醫(yī)生托馬斯·楊提出的已經(jīng)做過(guò)無(wú)數(shù)遍的實(shí)驗(yàn),滿足孩子們的好奇心。
林昱靜帶著林翾、瑪麗·布魯斯來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室在空間站的中間位置,重力加速度幾乎為零,人可以漂浮在空間中。
光子發(fā)生裝置是現(xiàn)成的,既可以發(fā)射成束光子,又可以發(fā)射單個(gè)光子。
在林昱靜的指導(dǎo)下,林翾首先固定一個(gè)同頻率的光子發(fā)生器,可以調(diào)節(jié)發(fā)出光子的波長(zhǎng),他把波長(zhǎng)調(diào)節(jié)為500nm。
在光子發(fā)生器的前面,固定第一個(gè)正方形黑色的塑片,中間一條可以調(diào)節(jié)寬度的直縫,縫寬調(diào)到30微米。
先做光的單縫衍射實(shí)驗(yàn),在接受屏幕上出現(xiàn)多個(gè)綠色條紋,中間的條紋較寬,而且亮,兩邊條紋的亮度逐漸變細(xì)、變?nèi)酢!?
在第一個(gè)正方形塑片的后方,放置第二個(gè)黑色的塑片,兩個(gè)平行豎直放置的塑片之間的距離是5厘米,這個(gè)距離能夠移動(dòng)。
第二個(gè)黑色塑片中間有兩條相鄰的豎縫, 縫寬40微米,兩個(gè)縫之間緊緊挨在一起,縫之間間距可以調(diào)節(jié)。
光子收集屏幕在雙縫的后面,本身就是一臺(tái)電腦,可以連續(xù)記錄實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程。
光子發(fā)生器、單縫塑片、雙縫塑片、光子收集屏,底部均固定在一條軌道的凹槽中,呈一條線排列在試驗(yàn)臺(tái)上。
林翾打開(kāi)屏幕接收器的電源和光子發(fā)生器的電源,前后移動(dòng)單縫和雙峰塑片的距離,在光子收集屏上,出現(xiàn)了許多豎條狀的淡綠色光帶,各個(gè)條紋的寬度和亮度差不多,這個(gè)即是雙縫干涉條紋。
林昱靜給孩子們講解什么是波、波的特性、波的衍射和干涉特點(diǎn);波有波峰和波谷,兩個(gè)波走到一起,波峰和波峰相遇了,會(huì)出現(xiàn)更高的波峰,波谷和波谷相遇會(huì)出現(xiàn)更深的波谷,波谷和波峰相遇,會(huì)相互抵消,條紋中亮的部分即是更高的波峰和更深的谷,最暗的部分是波峰和波谷抵消的部分。
林翾自己調(diào)整光的波長(zhǎng)、縫隙的寬度、雙縫的間距、屏幕和光源之間的距離、黑色塑片的相對(duì)位置,觀察干涉波形的變化。
6個(gè)多小時(shí)很快過(guò)去,孩子有點(diǎn)累了,林昱靜讓他(她)們到餐廳吃飯、喝水,然后回自己的船艙休息。18個(gè)小時(shí)后如果還有興趣,再來(lái)實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)做單光子的雙縫實(shí)驗(yàn)。
“深空號(hào)”里的什佤克南、百里星光,與林翾在視頻中交流了試驗(yàn)的事情,他們也要求在“深空號(hào)”空間站兩個(gè)平行空間相同的地點(diǎn)做雙縫試驗(yàn),“深空號(hào)”里的物理老師百里麥田負(fù)責(zé)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器械,解釋試驗(yàn)結(jié)果。
12小時(shí)后,林翾、瑪麗和更多的10歲以上的孩子懷著好奇心,來(lái)到2號(hào)船的實(shí)驗(yàn)室,欣賞量子干涉試驗(yàn)。
林昱靜如約來(lái)到昨天的試驗(yàn)器械旁邊,接通屏幕接收器和光子發(fā)生器的電源。昨天的干涉條紋再次出現(xiàn),林昱靜介紹了光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)對(duì)雙縫實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋,
接下來(lái),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的第二部:?jiǎn)喂庾痈缮鎸?shí)驗(yàn)。林昱靜把光子發(fā)生器設(shè)置為每次發(fā)出一個(gè)光子。孩子們聚集在屏幕前,看到一個(gè)個(gè)光子沒(méi)有規(guī)律的散布在接受器的屏幕上,隨著光點(diǎn)的越來(lái)越多,這些不斷聚集的光點(diǎn)逐漸變得有規(guī)律,顯示出正弦干涉條紋,并且越來(lái)越明顯。
林昱靜解釋:“孩子們,第二部分實(shí)驗(yàn)叫單光子干涉實(shí)驗(yàn)。我們每次發(fā)射的是單個(gè)光子,到達(dá)屏幕后,再發(fā)射下一個(gè),每次光子最后在屏幕會(huì)出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn),說(shuō)明光子到達(dá)屏幕的時(shí)候是一個(gè)粒子。
孩子們都看到了,通過(guò)雙縫到達(dá)屏幕的單個(gè)光子,最后出現(xiàn)的是有規(guī)律的干擾后的條紋。
也就是說(shuō),單個(gè)光子也可以出現(xiàn)干涉,單光子可以自己與自己干涉,為什么呢?目前仍然是一個(gè)謎。
有人說(shuō)單光子是自己分成2個(gè)光子,分別進(jìn)入兩個(gè)縫隙,然后自己與自己干涉,通過(guò)縫隙后再重新合成一個(gè)光子,這有點(diǎn)匪夷所思。目前還是難解之謎,越是難解之謎,越令人著迷,不是嗎?”
林昱靜沒(méi)有講解更多的科學(xué)假說(shuō)和假設(shè),否則,容易把小孩的思維帶偏,讓他們自己想出來(lái)的東西也許更有用處。
林昱靜離開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)室到影像實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備光子觀察攝像機(jī),讓孩子們自己不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)動(dòng)手能力。
小孩子觀看時(shí)間長(zhǎng)了,漸漸失去了興趣,物理實(shí)驗(yàn)室里只剩下林翾、瑪麗。
林翾把室內(nèi)燈光關(guān)掉,懸浮在實(shí)驗(yàn)臺(tái)前,盯著屏幕陷入沉思之中。瑪麗在一邊一會(huì)看看屏幕上的干涉條紋,一會(huì)看看林翾,沒(méi)有打斷男孩的思路。她怕男孩出現(xiàn)什么危險(xiǎn),不敢離開(kāi),心里對(duì)這個(gè)經(jīng)常發(fā)呆的小伙子有好感。
再次過(guò)去7個(gè)多小時(shí),林翾的眼睛有了活力,有了亮光。
他在手表上點(diǎn)了一下,“深空號(hào)”的百里星光取得語(yǔ)音聯(lián)系。
“我是林翾,你睡了嗎?”
“沒(méi)有呢,睡不著,我和什佤克南在實(shí)驗(yàn)室。”
“正好,我也在實(shí)驗(yàn)室室,你們的雙縫試驗(yàn)儀器還開(kāi)著嗎?”
“是啊,正在運(yùn)行。”
“你們的儀器在什么位置?”
“與你們的實(shí)驗(yàn)室在同一個(gè)位置,同一個(gè)方向。實(shí)驗(yàn)室的中間一個(gè)固定的試驗(yàn)平臺(tái),中間一個(gè)導(dǎo)軌,平臺(tái)上從船的A側(cè)向B側(cè)排列順序是光子發(fā)生器、單縫、雙縫、接受屏幕。”
“與我們這邊一樣。我有一個(gè)實(shí)驗(yàn)的想法,你聽(tīng)我的,我們兩邊同時(shí)做試驗(yàn)。”
“你說(shuō)吧,如何做?”
“你把接受屏幕的電源保持打開(kāi)狀態(tài),把光子發(fā)生器的電源關(guān)掉。”
“可以了。”
“我這邊單光子雙縫實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。你到屏幕前看看有什么結(jié)果。”
“好的。”
“有什么東西嗎?”
“暗淡的屏幕上滿布細(xì)小的白色雪花點(diǎn),這是宇宙背景輻射在屏幕上的表現(xiàn),沒(méi)有發(fā)生有規(guī)律的圖形。”
“再等等,這個(gè)是單光子實(shí)驗(yàn),可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)圖形。”
“沒(méi)有問(wèn)題。”
漫長(zhǎng)的一個(gè)小時(shí)過(guò)去了,百里星光和什佤克南仍然在屏幕上沒(méi)有看到圖形。
“還是沒(méi)東西,我們?cè)俚鹊劝伞!?
又過(guò)去一個(gè)小時(shí),瑪麗漂浮在空間中睡著啦。
“這邊還是沒(méi)有東西出現(xiàn)。”
“難道我的想法錯(cuò)了?” 林翾喃喃自語(yǔ)。“你把顯示屏的電源也關(guān)掉,我把這邊的發(fā)射光子的頻率增加,你能夠感覺(jué)到什么嗎?”
“好的,關(guān)掉了,漆黑一片,什么也看不見(jiàn)。”
“你把眼睛放在顯示屏的前面試試。”
百里星光漂浮到試驗(yàn)臺(tái)的上方,頭下腳上,把眼睛朝向雙縫的位置。什佤克南在一邊固定并且負(fù)責(zé)移動(dòng)他。
“還是什么都沒(méi)有。”
“我這邊再次加大光子發(fā)射的密度。”
“還是沒(méi)有感覺(jué)。”
真失望,林翾準(zhǔn)備放棄了。
“等等!”是在一邊輔助的什佤克南的聲音,“我似乎看到了什么!我看到了什么東西在眼前一閃一閃!”
尖叫聲把瑪麗嚇醒了,“怎么了?”
“是啊,看到什么了?”
“我的眼睛似乎感覺(jué)到什么東西了,我站立的位置,這里,對(duì)就是這里。”
“是不是我們兩邊的空間有錯(cuò)位?” 百里星光非常興奮。
“有可能,絕對(duì)有可能。”
“你把顯示屏放到什佤眼睛所在的位置。”
“正在挪動(dòng)。”
“打開(kāi)屏幕電源。”
“打開(kāi)了。”
什佤克南用雙手固定住漂浮在空間中的屏幕。
“可以看到綠色的小點(diǎn)出現(xiàn)。”
“再等等。”
“圖像出來(lái)了,綠色的條紋,在屏幕上可以看到多條綠色的條紋。”
“沒(méi)有想到,真相如此簡(jiǎn)單。”
“你們找到雙縫實(shí)驗(yàn)的干涉真相了?”瑪麗問(wèn)到。
“應(yīng)該是吧,起碼能夠解釋單光子干涉試驗(yàn)的結(jié)果。”林翾說(shuō)到。
“記下來(lái)吧,今天是地球時(shí)間,2047年2月11日,4點(diǎn)20分18秒。我宣布,雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的真相之一,被我們發(fā)現(xiàn)了!”
4個(gè)孩子稀稀拉拉的掌聲在太陽(yáng)系一個(gè)不起眼的角落中響起,他們竟然解決了一個(gè)困擾人類240年的難題,自己有點(diǎn)興奮當(dāng)然是可以理解的。
數(shù)個(gè)小時(shí)后,雙側(cè)空間站科學(xué)家們集中在物理實(shí)驗(yàn)室,證實(shí)了4個(gè)孩子發(fā)現(xiàn)的單光子雙縫干涉真相是可以重復(fù)的。
只顧高興了,還沒(méi)有說(shuō)清楚這個(gè)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值在哪里,物理專業(yè)的專家們已經(jīng)明白了它的意義,讀者中還有非物理專業(yè)的學(xué)者們,有必要說(shuō)清楚。總結(jié)以下幾點(diǎn),可能不全面,多擔(dān)待吧,畢竟作者不是搞物理的。
1、在量子級(jí)別,兩個(gè)平行宇宙中可以同時(shí)出現(xiàn)成對(duì)的光量子,兩個(gè)平行宇宙分別出現(xiàn)一個(gè)光量子。
2、平行宇宙中同時(shí)出現(xiàn)的的光量子,可以相互干涉。
3、單光子雙縫實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的干涉條紋,是平行宇宙中同時(shí)出現(xiàn)的另一個(gè)光量子相互干涉的結(jié)果。
這讓人想起在地球21世紀(jì)30年代,真空撕裂裝置運(yùn)行中,經(jīng)常出現(xiàn)成對(duì)的電子,并不是單側(cè)出現(xiàn)一對(duì)電子,而是本側(cè)空間產(chǎn)生一個(gè),另外空間也產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的正電子;另外一邊的空間產(chǎn)生的電子,同時(shí)在本側(cè)空間出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)的正電子。
如果有人多思考一步,這個(gè)現(xiàn)象可能早就被發(fā)現(xiàn)了。