太空的生活是安靜的,也是枯燥的。
林翾學會了在無人的宇宙空間中與太陽和黑暗作伴,這裡沒有人打擾,可以在極端安靜的狀態下聆聽宇宙的呼吸聲音,在沒有打擾的情況下思考一些問題。
“歐羅巴深空研究站”有幾個年齡相仿的孩子,與林翾談得來的只有名叫瑪麗的小女孩。
最近,第一空間購買的空間站“深空號”被移動到與第二空間站“歐羅巴”相同的地點,並進行位置精準重合,兩個空間站可以通過量子糾纏系統實時交流。
在太空站生活與地面不同,自己獨處的時間更多一些,這裡沒有地面上人員複雜,更沒有犯人勾心鬥角,除了必要的課程學習外,可以閱讀任何感興趣的東西。
林翾受媽媽的影響,對物理課程比較關注,特別是對量子力學理論達到了着迷的程度,他想看看在太空中的雙縫試驗結果與地球上是否一致。
既然有這個興趣,當然不能打消他們的積極性。林昱靜向上彙報後,決定在兩個空間站的物理實驗室,重複240年前,英國醫生托馬斯·楊提出的已經做過無數遍的實驗,滿足孩子們的好奇心。
林昱靜帶着林翾、瑪麗·布魯斯來到實驗室,實驗室在空間站的中間位置,重力加速度幾乎爲零,人可以漂浮在空間中。
光子發生裝置是現成的,既可以發射成束光子,又可以發射單個光子。
在林昱靜的指導下,林翾首先固定一個同頻率的光子發生器,可以調節發出光子的波長,他把波長調節爲500nm。
在光子發生器的前面,固定第一個正方形黑色的塑片,中間一條可以調節寬度的直縫,縫寬調到30微米。
先做光的單縫衍射實驗,在接受屏幕上出現多個綠色條紋,中間的條紋較寬,而且亮,兩邊條紋的亮度逐漸變細、變弱。。
在第一個正方形塑片的後方,放置第二個黑色的塑片,兩個平行豎直放置的塑片之間的距離是5釐米,這個距離能夠移動。
第二個黑色塑片中間有兩條相鄰的豎縫, 縫寬40微米,兩個縫之間緊緊挨在一起,縫之間間距可以調節。
光子收集屏幕在雙縫的後面,本身就是一臺電腦,可以連續記錄實驗的整個過程。
光子發生器、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檯上。
林翾打開屏幕接收器的電源和光子發生器的電源,前後移動單縫和雙峰塑片的距離,在光子收集屏上,出現了許多豎條狀的淡綠色光帶,各個條紋的寬度和亮度差不多,這個即是雙縫干涉條紋。
林昱靜給孩子們講解什麼是波、波的特性、波的衍射和干涉特點;波有波峰和波谷,兩個波走到一起,波峰和波峰相遇了,會出現更高的波峰,波谷和波谷相遇會出現更深的波谷,波谷和波峰相遇,會相互抵消,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。
林翾自己調整光的波長、縫隙的寬度、雙縫的間距、屏幕和光源之間的距離、黑色塑片的相對位置,觀察干涉波形的變化。
6個多小時很快過去,孩子有點累了,林昱靜讓他(她)們到餐廳吃飯、喝水,然後回自己的船艙休息。18個小時後如果還有興趣,再來實驗室繼續做單光子的雙縫實驗。
“深空號”裡的什佤克南、百里星光,與林翾在視頻中交流了試驗的事情,他們也要求在“深空號”空間站兩個平行空間相同的地點做雙縫試驗,“深空號”裡的物理老師百里麥田負責準備實驗器械,解釋試驗結果。
12小時後,林翾、瑪麗和更多的10歲以上的孩子懷着好奇心,來到2號船的實驗室,欣賞量子干涉試驗。
林昱靜如約來到昨天的試驗器械旁邊,接通屏幕接收器和光子發生器的電源。昨天的干涉條紋再次出現,林昱靜介紹了光的波動學說對雙縫實驗結果的解釋,
接下來,進行實驗的第二部:單光子干涉實驗。林昱靜把光子發生器設置爲每次發出一個光子。孩子們聚集在屏幕前,看到一個個光子沒有規律的散佈在接受器的屏幕上,隨着光點的越來越多,這些不斷聚集的光點逐漸變得有規律,顯示出正弦干涉條紋,並且越來越明顯。
林昱靜解釋:“孩子們,第二部分實驗叫單光子干涉實驗。我們每次發射的是單個光子,到達屏幕後,再發射下一個,每次光子最後在屏幕會出現一個點,說明光子到達屏幕的時候是一個粒子。
孩子們都看到了,通過雙縫到達屏幕的單個光子,最後出現的是有規律的干擾後的條紋。
也就是說,單個光子也可以出現干涉,單光子可以自己與自己干涉,爲什麼呢?目前仍然是一個謎。
有人說單光子是自己分成2個光子,分別進入兩個縫隙,然後自己與自己干涉,通過縫隙後再重新合成一個光子,這有點匪夷所思。目前還是難解之謎,越是難解之謎,越令人着迷,不是嗎?”
林昱靜沒有講解更多的科學假說和假設,否則,容易把小孩的思維帶偏,讓他們自己想出來的東西也許更有用處。
林昱靜離開物理實驗室到影像實驗室準備光子觀察攝像機,讓孩子們自己不斷重複實驗,培養動手能力。
小孩子觀看時間長了,漸漸失去了興趣,物理實驗室裡只剩下林翾、瑪麗。
林翾把室內燈光關掉,懸浮在實驗臺前,盯着屏幕陷入沉思之中。瑪麗在一邊一會看看屏幕上的干涉條紋,一會看看林翾,沒有打斷男孩的思路。她怕男孩出現什麼危險,不敢離開,心裡對這個經常發呆的小夥子有好感。
再次過去7個多小時,林翾的眼睛有了活力,有了亮光。
他在手錶上點了一下,“深空號”的百里星光取得語音聯繫。
“我是林翾,你睡了嗎?”
“沒有呢,睡不着,我和什佤克南在實驗室。”
“正好,我也在實驗室室,你們的雙縫試驗儀器還開着嗎?”
“是啊,正在運行。”
“你們的儀器在什麼位置?”
“與你們的實驗室在同一個位置,同一個方向。實驗室的中間一個固定的試驗平臺,中間一個導軌,平臺上從船的A側向B側排列順序是光子發生器、單縫、雙縫、接受屏幕。”
“與我們這邊一樣。我有一個實驗的想法,你聽我的,我們兩邊同時做試驗。”
“你說吧,如何做?”
“你把接受屏幕的電源保持打開狀態,把光子發生器的電源關掉。”
“可以了。”
“我這邊單光子雙縫實驗正常進行。你到屏幕前看看有什麼結果。”
“好的。”
“有什麼東西嗎?”
“暗淡的屏幕上滿布細小的白色雪花點,這是宇宙背景輻射在屏幕上的表現,沒有發生有規律的圖形。”
“再等等,這個是單光子實驗,可能需要很長時間纔出現圖形。”
“沒有問題。”
漫長的一個小時過去了,百里星光和什佤克南仍然在屏幕上沒有看到圖形。
“還是沒東西,我們再等等吧。”
又過去一個小時,瑪麗漂浮在空間中睡着啦。
“這邊還是沒有東西出現。”
“難道我的想法錯了?” 林翾喃喃自語。“你把顯示屏的電源也關掉,我把這邊的發射光子的頻率增加,你能夠感覺到什麼嗎?”
“好的,關掉了,漆黑一片,什麼也看不見。”
“你把眼睛放在顯示屏的前面試試。”
百里星光漂浮到試驗檯的上方,頭下腳上,把眼睛朝向雙縫的位置。什佤克南在一邊固定並且負責移動他。
“還是什麼都沒有。”
“我這邊再次加大光子發射的密度。”
“還是沒有感覺。”
真失望,林翾準備放棄了。
“等等!”是在一邊輔助的什佤克南的聲音,“我似乎看到了什麼!我看到了什麼東西在眼前一閃一閃!”
尖叫聲把瑪麗嚇醒了,“怎麼了?”
“是啊,看到什麼了?”
“我的眼睛似乎感覺到什麼東西了,我站立的位置,這裡,對就是這裡。”
“是不是我們兩邊的空間有錯位?” 百里星光非常興奮。
“有可能,絕對有可能。”
“你把顯示屏放到什佤眼睛所在的位置。”
“正在挪動。”
“打開屏幕電源。”
“打開了。”
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出現。”
“再等等。”
“圖像出來了,綠色的條紋,在屏幕上可以看到多條綠色的條紋。”
“沒有想到,真相如此簡單。”
“你們找到雙縫實驗的干涉真相了?”瑪麗問到。
“應該是吧,起碼能夠解釋單光子干涉試驗的結果。”林翾說到。
“記下來吧,今天是地球時間,2047年2月11日,4點20分18秒。我宣佈,雙縫干涉實驗的真相之一,被我們發現了!”
4個孩子稀稀拉拉的掌聲在太陽系一個不起眼的角落中響起,他們竟然解決了一個困擾人類240年的難題,自己有點興奮當然是可以理解的。
數個小時後,雙側空間站科學家們集中在物理實驗室,證實了4個孩子發現的單光子雙縫干涉真相是可以重複的。
只顧高興了,還沒有說清楚這個實驗的價值在哪裡,物理專業的專家們已經明白了它的意義,讀者中還有非物理專業的學者們,有必要說清楚。總結以下幾點,可能不全面,多擔待吧,畢竟作者不是搞物理的。
1、在量子級別,兩個平行宇宙中可以同時出現成對的光量子,兩個平行宇宙分別出現一個光量子。
2、平行宇宙中同時出現的的光量子,可以相互干涉。
3、單光子雙縫實驗出現的干涉條紋,是平行宇宙中同時出現的另一個光量子相互干涉的結果。
這讓人想起在地球21世紀30年代,真空撕裂裝置運行中,經常出現成對的電子,並不是單側出現一對電子,而是本側空間產生一個,另外空間也產生一個對應的正電子;另外一邊的空間產生的電子,同時在本側空間出現的對應的正電子。
如果有人多思考一步,這個現象可能早就被發現了。