圖1-32 滾動(dòng)著的骰子,每一個(gè)面最終朝上的概率是16.66% 對于硬幣來說,其概率性表現(xiàn)在正、反的兩面上,但是,對于電子來說,其概率性就表現(xiàn)在它所行走的路徑上。例如,在雙縫實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)你向雙縫發(fā)射一個(gè)電子,你沒有任何方法預(yù)測這個(gè)電子會穿過哪條縫,你只能通過擋板具有的兩條縫去計(jì)算這個(gè)電子會穿過其中一條縫的概率是50%。如果你在擋板上開出6條縫,那么這個(gè)電子穿過其中一條縫的概率就是16.66%。如果開出100條縫,那么電子在每條縫穿過的概率就是相應(yīng)地降低為1%。如果你在電子行走的路徑上放上10000塊、每塊都開出10000條縫的擋板,那么又該如何計(jì)算電子穿過每條縫的概率呢?
例如,在實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)是,如果你向只開了一條縫的擋板發(fā)射100個(gè)電子,你就會在第二塊擋板上看到這一百個(gè)電子的分布情況是如小山一樣——中間多,然后向兩邊逐步減少。
如果你將擋板再開出一條縫,這時(shí)你向雙縫擋板再發(fā)射100個(gè)電子,那么你會看到這100個(gè)電子在第二塊擋板上的分布情況就如同是兩道水波發(fā)生干涉形成的“干涉條紋”一樣的分布。
如果你不是一次性發(fā)射100個(gè)電子,而是只向單縫擋板發(fā)射一個(gè)電子,這時(shí),這個(gè)電子會出現(xiàn)在第二塊擋板的何處呢?
答案是,你沒有任何方法可以進(jìn)行預(yù)測,但是你卻可以通過假設(shè)是一道波穿過單縫后在第二塊擋板上形成的波的振幅高度來計(jì)算這個(gè)電子“有可能”出現(xiàn)在某一處的概率。計(jì)算的方法是:計(jì)算在第二塊擋板上的電子波振幅的平方值。平方值越高的地方,電子存在的概率就越大,平方值越小的地方電子存在的概率就越小。
那么當(dāng)你向雙縫擋板發(fā)射一個(gè)電子,這個(gè)電子會落在第二塊擋板的何處呢?又如何去計(jì)算呢?方法是,計(jì)算電子波在第二塊擋板上形成干涉條紋后振幅的平方值。在波相干后振幅高的地方,電子出現(xiàn)的概率就高,振幅低的地方,電子出現(xiàn)的概率就低。
現(xiàn)在,在理解了以上的實(shí)驗(yàn)后,我們再問,如何去計(jì)算一個(gè)電子在10000塊擋板×10000條縫隙出現(xiàn)的概率呢?答案是計(jì)算電子波在空間中由于發(fā)生衍射和干涉后的振幅的平方值。振幅平方值越高的地方,電子出現(xiàn)的概率越大,平方值越小的地方,電子存在的概率越小。
實(shí)際上,這時(shí)你會發(fā)現(xiàn),放上這么多的擋板完全是多余的,你完全可以把空間中每一細(xì)小之處想象成一條縫,這樣電子在空間中就以波的概率分布了。你要想知道電子在某一處空間出現(xiàn)的概率,你只要去計(jì)算波在這一處空間中振幅的平方值就可以了。
在物理學(xué)上,對于波的振幅用Ψ來表示,而對于振幅的概率則用Ψ的平方來計(jì)算(Ψ的平方就是波函數(shù))。在空間中某一處Ψ2的數(shù)值越大,那么你就越有可能在這里發(fā)現(xiàn)電子。