蔡林格對重疊現(xiàn)象和哥本哈根詮釋的意義(即次原子粒子只以潛態(tài)存在著)特別感興趣。他感到好奇,只有構(gòu)成物體的次原子粒子是存在于“鏡廳”狀態(tài)的嗎?還是說較大的物體一樣如此?為了回答這個問題,蔡林格動用了一種被稱為洛氏干涉計的儀器。這種儀器由麻省理工學院的科學家研發(fā),是19世紀英國物理學家托馬斯·揚在著名的“雙縫實驗”中使用的器材的變體。在該實驗中,揚讓一道白光穿過一張厚紙板上的一個孔或一道縫隙,再穿過第二塊紙板的兩個孔眼,最后抵達第三片空白紙板。
在物理學術(shù)語里,兩道協(xié)調(diào)的波(協(xié)調(diào)是指波峰和波谷的起伏時間一樣)碰撞在一起的情況專業(yè)上稱為“干涉”。發(fā)生干涉現(xiàn)象的話,兩道波的強度大于每個獨立個體的振幅,信號也變得更強。這相當于是一種產(chǎn)生影響或是交換信息的結(jié)果,稱為“建設性干涉”。但如果是一個到達波峰,另一個到達波谷,則會傾向于互相抵消,這種情形稱為“破壞性干涉”。在建設性干涉的情況下,所有波都會同步擺動,發(fā)出的光更強。反之,破壞性干涉會讓光互相抵消,剩下一片漆黑。
在揚的實驗中,光線通過第二片紙板的兩個孔眼后,會在第三片紙板上形成斑馬線狀黑白相間的條紋。如果光只是由一連串粒子構(gòu)成,那它通過第二片紙板之后,理應是在第三片紙板上顯示出兩個最亮的光點。不過,光最強的部分卻是在兩個孔眼的中間,顯然,這是由那些波彼此互相干涉所產(chǎn)生的振幅的重疊所導致的。揚由此首先意識到,光線是以重疊波的形式從兩個孔眼穿過、漫開。
同一個實驗的現(xiàn)代版本則是把一個個光子激射過兩條縫隙。它們一樣會在第三片紙板上形成黑白相間的條紋。這證明,即使是光的基本單位,一樣是以散開的波狀前進,而且影響范圍較大。
20世紀的科學家還用其他的量子粒子來繼續(xù)做揚的實驗,證明了量子體是以波狀前進,會同時穿過兩條縫隙。向三重屏幕激射一串光子,結(jié)果會像光束一樣,在第三面屏幕上形成明暗交替的干涉模式。由于需要至少兩道波才能形成這樣的干涉模式,因此它意味著,一個光子可以神奇地同時穿過兩條縫隙,然后在重新結(jié)合時形成干涉現(xiàn)象。
雙狹縫實驗概括出了量子物理學的一個核心奧秘:次原子粒子不是一個觀眾座位,而是一整座體育場。它也證明了:存在于封閉的量子態(tài)的電子是無法被一窺全豹的。想要確認一個量子體,你就非讓粒子在行進中停下來不可,但一旦停下來,它又會垮陷成為單一的點。
蔡林格重做雙狹縫實驗時沒有使用次原子粒子,而是使用分子。他的干涉計的第一個屏幕有一排狹縫,第二個屏幕的狹縫與第一片完全平行,其作用是通過分子衍射(或偏斜)。第三個屏幕與分子束成直角,功用就像一道具有掃掠功能的“面具”,能夠計算通過的所有分子波的大小,通過極敏感的激光探測器,可以鎖定分子的位置和它們的干涉模式。
做第一回合的實驗時,蔡林格與他的人員精挑細選出一批富勒烯分子作為實驗材料。富勒烯俗稱“布基球”,由60個碳原子構(gòu)成,每個有一納米大小,在分子世界里算是龐然大物。他們會選擇富勒烯,不只是因為它體積巨大,還因為它形狀整齊,就像一個形狀對稱的小足球。