第10章 引力波探测器

这次解释的是纪方华：“因为常规光线的波长远远大于原子直径，光学显微镜中的可见光会绕过原子导致无法显像。传统共聚焦显微镜使用的可见光只能分辨间距不短于自身半个波长的两个相邻点，充其量只能区分200纳米的细节，但原子的直径约为0.01到0.1纳米之间，所以你明白的。电子显微镜有所不同，但所依赖的，依旧是电子。只不过是频率更高波长更短的电子束，精度能达到0.002纳米。通过向样品发射电子束，电子束透过样品，再被能直接检测电子的新型照相机录入，最后经过一系列复杂的汇总解析合成，最终耗时很久才能做出一张清晰精密的原子级图片。”

苏向看着米瑶，贱兮兮道：“你看，这家伙其实什么都懂！就是闷骚！回头我教你两招，保证你把他治的服服帖帖！”

米瑶的睁着一双大眼睛，无辜的看着纪方华，纪方华哭笑不得：“别闹！说正事呢！”

苏向继续道：“好吧，继续刚刚的话题。无论是光学显微镜，还是电子显微镜，或者精确度更高的冷冻电子显微镜，究其根本，还是依赖电子束才能够做到成像。但电子是如今已知最小的粒子，夸克虽然是组成电子原子的基本粒子，却无法单独分离。因此对于电子本身，无法使用类似于冷冻电子显微镜的手段，获得电子图片。换而言之，一个人不可能不借助任何东西提起自己。要想看到电子，就必须借助合适的工具。双缝干涉实验的最终目的，就是观测到电子在微观世界的变化。通俗点说，就是要看到电子，可咱们刚刚就说了，电子是无法被直接观测到的！所以这就是双缝干涉实验的难点，找到一个合适的工具，能够观测到电子又不对其产生影响的工具！”

纪方华所有所思，米瑶则依旧是一头雾水。

苏向继续说道：“如今的探测器，大概是光子探测器和热探测器两种，我对此了解不多。双缝干涉实验所用的探测器到底是什么类型的，我也不知道，也无从做出判断。但明确的一点是，这种探测器会对电子的量子状态进行改变。那么，什么样的探测器才不会改变电子的量子状态呢？”

纪方华忽然开口：“引力波探测器！”

苏向赞赏的看着纪方华。

纪方华说到：“刚刚向哥说过，光粒子在照射到一个分子上时，我们不知道它发生了什么，只知道其能级降低，频率波长改变。其实通过对其中基本力的描述，可以提出一个猜想，首先排除强弱相互作用力，因为这两种力的距离都非常短，强相互作用力的距离只有质子到中子的距离，用于锁定原子核内的中子和质子形成稳定原子核。弱相互作用力的距离更短，当中子衰变为质子时会释放出中微子和电子，中微子和电子之间存在弱力，且只有中微子和电子接触时才会存在弱力，一旦二者分开，弱力便会消失。至于引力，引力是这四种力中最弱的力，比弱力还要弱，弱到常规实验里，基本上都不会考虑引力的影响。那么只有一种可能，就是电磁力，电磁力会对光子造成影响，这一点是经过精密实验论证确定的！双缝干涉实验的电子探测器应该是更加精密的光子探测器，所以才会对电子产生影响！去掉所有的可能，对电子本身不会造成影响的，只有引力了！那么现在咱们换一个方向，使用引力波探测器，假设这个引力波探测器足够精密，能够感知到单个电子对探测器自身产生的引力，那么就能在不干扰电子的量子状态下，即在干涉图样保留的情况下，探知其究竟是通过哪一条狭缝！”

米瑶还是不懂：“可是这样一来，需要与之前一样装置探测器，不还是会对电子造成干扰吗？”

苏向道：“不一样的。因为引力是一直存在的，干涉图样下电子的量子状态也会一直被引力影响。引力探测器的目的并不是探测电子的引力，而且让电子本身的引力对探测器产生影响。”

米瑶摊手：“不一样吗？”

苏向捂着脑袋想了想：“这么说吧！电子就像一个在奔跑的人，常规的观测方法，就像是在他旁边突然出现了另一个人或者摄像头在看着他，那么这个人肯定会受到或多或少的影响，要不被吓一跳，要不干脆就停下来了解一下，但无论怎样，他的状态会被改变。而引力波探测器，则是通过探测他的脚印或者身体带起的风，来确定他的路径，不会对他本身产生影响。因为他根本没有发现有人在观察他，或者说我们也没有观察他，我们观察的，只是他的脚印。”

米瑶总算是明白了，可随即又提出了一个问题：“可是按照量子擦除实验的结果来说，互补原理之下，干涉图样和路径信息互补，理论上是不可能同时存在干涉图样和路径信息的！而且还是无法解释单个电子自我干涉的原因！”

苏向道：“怎么不存在？宏观状态下的干涉图样，已经告诉我们了，必然有一个确定的路径信息，只是我们没有足够的工具观测而已。就像互补原理说的，干涉图样和路径信息就像一枚硬币的两面。正常情况下，我们不可能同时看到硬币的两面，但借助镜子在合适的角度，我们轻易就能看到。至于单个电子自我干涉，目前来说确实没有更多的猜测。这个实在没办法，对于量子世界，我们的了解太少，只有在干涉图样存在的情况下确定了路径信息，才能做出进一步的猜测，不然一切都是空谈。”

米瑶这才恍然，看着苏向和纪方华感叹道：“怪不得方华总是说，和你相比，他根本算不上什么天才！我之前根本不信，所以才老想着揍你一顿，看你拿什么装！现在我是真的服了！双缝干涉实验啊！一条死路，居然真的硬生生给你找出一条羊肠小道！”

纪方华却不像米瑶那么乐观：“哪有这么简单？理论是有了，可要实现，不知道要多久以后了！引力波探测器的应用大多是关于天文方面的。要造成能够探测到电子引力级别的引力波探测器，目前来说，我想不到任何一种可能。电子自身的质量太小了，引力也弱的离谱，难度太大。”

苏向也感叹道：“是啊，这面镜子，不好做啊！”