现在我们先在平面上开一条缝，看看如果只有一条狭缝的情况下，光子会怎么通过这条单缝：
光既是粒子又是波，你在读到这句话的时候不感到奇怪，是因为你对“波”和“粒子”并没有感性认识，但是如果我说“XX既是猫又是狗”“XX既是石头又是金子”“XX既是活的又是死的”，你一定会大声说“荒谬”“脑子坏掉了吧”。在上世纪初，许许多多物理学家听到“光既是粒子又是波”，与你听到“XX既是猫又是狗”时感到荒谬是一模一样的。在物理学家的眼里，波就是波，粒子就是粒子，两者截然不同。比如说水波吧，水分子的上下振动引发了波纹，这个波纹只是表示能量的传递，并不是一个真实的客观实在的物体；再比如说声波，也只不过是空气分子振动形成的而已，除了空气分子和传递的能量外，再也没有别的什么东西。水波和声波都不可能是一个个实实在在的小球在水中、空中飞来飞去。那时候的物理学家坚信，光如果是一种波，就必然要在一种叫作“以太”的介质中传播，并没有什么真正的客观实在的“光”，它只不过是“以太振动”在人们眼中造成的效应而已。
我怕你还是没有搞清楚这个事情有多怪异，为保险起见，我再来打个比方。假如你是一个足球运动员，在球门和你之间竖着一道开了双缝的墙，然后你开始对着两条缝射门，你觉得会呈现出怎样一幅情景？是不是下面这幅图显示的那样：
如果在现实生活中看到这样的情景，你是不是会觉得太怪异了，就像玩魔术一样？难道这竟然是真的？这是为什么呢？
一束光如果只通过一条狭缝，那么在屏幕上不会产生干涉条纹；如果通过两条狭缝，则会产生干涉条纹。请你想象一下，假如我们把一束光看成是由亿亿万个光子聚合而成，每一个光子就像一个小球（当然光子并不是一个小球的形状，只是打个比方，并不影响我们对问题的探讨），当其中一个光子遇到了狭缝的时候，按照我们朴素的观念，这个光子要么通过左缝，要么通过右缝，二者必选其一。但问题是，当一个光子通过左缝的时候，它是怎么知道还有另外一条右缝的存在的呢？光子只是一个无生命的小球，它可不像人，在快飞到狭缝的时候用眼角的余光扫一眼就知道边上是否还有一道缝隙，如果看到还有一道缝我就这么飞，如果没有另外一道缝，我就那么飞。
你可能还没听懂，没关系，我来画图讲解，这个事情我必须要喋喋不休地说到你完全听明白了才能罢手，这事关整个量子物理学的理论根基，绝不能含糊过去。
谢耳朵说的其实是物理学史上非常非常非常著名的“杨氏双缝干涉实验”。这个实验虽说不如MM实验那样在物理学史上具有分水岭的意义，但我敢跟你保证，任何一本讲量子物理学历史的书籍，这个双缝干涉实验都是必定被提及的，不但是必定提及，而且还会一而再再而三的提及。这个实验最早是在1801年被一个叫作托马斯·杨的英国医生（他同时也是一个物理学家）做出来的，当时他做这个实验的目的是为了向世人证明光是一种波而不是一种微粒，这个实验非常有力地证明了光具有波才具备的自我干涉性质。现在的高中物理都会做到这个实验（图3-2）。
这个事情确实有点神奇。光子会排列成整齐的队形也就算了，毕竟可以用波的干涉现象去解释；但是单个光子在通过了左缝的时候如何知道有右缝的存在，通过右缝的时候又如何知道有左缝的存在呢？你要知道，相对于光子的尺度来说，双缝之间的距离就好像从地球到月球一样远。把这个问题问得更简洁一点，就是：单个光子到底通过了左缝还是右缝？
【图9-1】双缝干涉实验原理图
“那么请问，在双缝干涉实验中，单个光子到底是通过了左缝还是右缝呢？”
然而随着各种各样的实验被设计出来，随着理论物理研究的深入，物理学家们终于开始接受，原来波的产生并不是一定要有介质，以太是不存在的，在真空中光波也能转播，而且光波中真的含有数量无比巨大的光子，单个光子的行为看起来就像是一个经典粒子的行为，但是聚集在一起，就形成了波。当这个观点被越来越多的物理学家接受的时候，突然有人站出来问了一句：“那么请问，在双缝干涉实验中，单个光子到底是通过了左缝还是右缝呢？”
但是现在，如果你脚下踢的不是足球，而是一个个光子，就会呈现出下面这样怪异的图像：
【图9-2】光子通过单缝时，随机落在屏幕后面的一片区域内
如果我们做一个简单实验，很容易就发现这是所谓光的“衍射”现象，一束光通过一条狭缝照在后面的屏幕上，会形成一片光亮区域，离狭缝越近的区域越亮，离狭缝越远的区域越暗。上面这幅图中我们用了一种很直观的比喻，把光子看成一个个小球，它们通过一条狭缝后，并不是走直线，而是根据概率分布在屏幕上，中间多两边少。
但是，一旦在那条狭缝的边上再开一条狭缝，情况马上会变得很神奇，我们会看到光子就像一支训练有素的军队，排成了整整齐齐的队形。
还记得那个物理学的奇迹年吗？1905年，爱因斯坦接连发表了5篇传世论文，其中第一篇不是关于相对论的，而是叫作《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，我们一般简称为“爱因斯坦关于光电效应的那篇论文”（貌似一点都不简）。在这篇论文中，爱因斯坦解决了困扰物理学界多年的一个问题，那就是为什么光会在金属上“打出”电子来——光电效应。爱因斯坦的观点认为光是由一个个的“光量子”（简称“光子”）组成，这些光子聚集在一起，表现出波的特性，但是单独来看，它又具备粒子性。这就是现在每个高中生都知道的光的“波粒二象性”。换句话说，光既是粒子又是波，爱因斯坦因为这篇论文在1921年获得诺贝尔物理学奖。
这个普普通通、简简单单的问题到底意味着什么？是什么力量使基础理论物理中经典世界观陷入了万劫不复的深渊呢？让我给你详细解说这个问题对物理学家们造成的震撼。
【图9-3】如果是双缝，光子在通过双缝后会规则地排列在屏幕上
本来喧闹欢腾的场面突然安静下来，每个人都开始思考起这个问题。很快，物理学家们都意识到，这下好了，物理学的真正麻烦来了，这个问题就像是打开了阿甘的巧克力盒子，从此物理学界陷入迷惘、混乱、猜疑、神秘之中，有人愤怒，有人抓狂，有人绝望，有人欣喜，有人趁火打劫，有人面壁思过，这场混乱一直持续到今天都没有停歇。
麦克尔逊和莫雷也正是利用光的这种自我干涉现象，设计了著名的MM实验，试图通过干涉条纹的移动来证明光在不同方向上的速度不同，MM实验最终导致了伟大的相对论的诞生。那么这个看似普普通通，现在每个高中生都做的双缝干涉实验中到底藏着什么玄机，让谢耳朵念念不忘呢？那是大大的有门道。这个实验刚开始并没有在物理学界引起多么巨大的轰动效应，但是随着人们对光、原子、电子的进一步认识，这个实验开始逐步引起越来越多的物理学家的关注，直到最后引发了空前的全“民”大讨论，整个物理学界开始为这个实验抓狂（用抓狂来形容一点都不过分）。于是这个实验在它被发明的一百多年后，再次成了整个物理学的中心，甚至成了现代量子物理学开端的标志性实验，大物理学家费曼（就是我们讲时间旅行时提出多历史假说的那位）写道：“双缝实验包含量子物理学的所有秘密。”难怪《生活大爆炸》的剧作者要在第一集的第一秒，迫不及待地提到它。
光因为是一种波，所以在通过双缝之后，会发生干涉现象，从而在屏幕后面形成明暗相间的条纹，这个现象具备高中物理知识的人都可以明白。如果刚好你对高中物理忘得差不多了，那么我再把这个明暗条纹产生的原理图画出来，帮助你回想一下：
【图9-4】你对着双缝的墙射门的场景
【图9-5】如果用光子当足球，会射成这样
