網絡空間中，不乏對這項試驗的多種描述，多由科普者以易於理解的方式闡述，卻也因此不免帶來對實驗的多種誤解。本文將撥開迷霧，向大家揭示真實的雙縫繞射試驗到底是如何操作的，以及實驗背後的真相。
首先，咱們先把實驗的步驟梳理一遍：
一、電子雙縫繞射實驗的操作步驟
看似簡單的實驗過程：僅需配置一個電子槍，對準雙縫進行射擊，並在縫隙後方安放接收屏進行觀察即可。實際操作卻遠比這復雜得多，而且需要極高的實驗技術。接下來，我們就來探究一下實驗前期那令人頭疼的準備工作。
1.1、首要難題：連續、穩定且會聚的電子束
雖然電子束的產生並不難，我們熟悉的陰極射線管就能做到。但是，如何讓燈絲在實驗需求下穩定、可控地發射電子，例如單電子發射，這一點許多科研人員都表示懷疑。
另一個挑戰在於，電子帶有負電，它們會因相互之間的排斥力而散開，導致能穿過狹縫的電子數量減少。因此，電子束需要透過磁場進行引導，讓它們在磁場的作用下沿著固定的方向運動。在20世紀20年代，這樣的操作無疑是個巨大的挑戰。
1.2、第二個難點：雙縫的制作
如果縫隙不夠細，電子繞射現象就不會出現。所以，制作出符合要求的、足夠細的雙縫成了實驗成功的關鍵。那麽，制作這樣的雙縫有多難呢？答案是：確實很難。縫隙需要細到什麽程度？接近電子的波長，才能夠明顯地看到繞射現象。
為計算電子的物質波長，我們來做一下計算。在100伏特的電場中加速的電子，其運動速度如式子1所示，動量如式子2所示。由於電子速度遠小於光速，不需要考慮相對論效應，可計算出動量如式子3所示。根據德布羅意公式，可以得出電子波長如式子4所示。我們知道1納米等於10的負9次方米，這意味著在100伏特的電場中，電子的物質波波長為0.123納米。
那這個數碼代表什麽呢？我們來看一下常見分子和原子的直徑。氧氣O2為0.353納米、氮氣N2為0.36納米、碳原子為0.182納米、鐵原子為0.254納米……顯然，電子波長比這些常見分子、原子的直徑還要小，我們根本無法制造出0.1納米級別的縫隙。
那怎麽辦？聰明的科學家找到了一種方法，就是利用金屬單晶體中原子間的間距作為雙縫。戴維遜就是第一個做出這個實驗的人，他使用了低能電子束，垂直撞擊到鎳單晶的表面。鎳單晶的原子間距為0.215納米，透過調整電子的加速電壓來改變入射電子波長的變化。
這裏直接給出雙縫繞射方程式：（a+b）sinφ=kλ（k=0，±1，±2……）。其中a表示縫隙的寬度，b表示縫隙的間距，λ為電子波長，k為主極大級數。即使有了鎳單晶，制造這樣的雙縫裝置也是一項非常困難的任務，這需要操作精度達到原子級別。
1.3、第三個難題：接收屏
我們有了電子源和可以產生繞射的雙縫，接下來就是「觀察」繞射條紋了，然而接收屏又是個難題。有人可能會說，用電視機顯像管不就可以了嗎？實際上，直接使用熒光屏是不可行的，因為電子波長太短，普通熒光屏的熒光物質顆粒太大，無法分辨出相鄰的波峰和波谷。
科學家有兩種方法應對這一問題：一是改造熒光屏，讓熒光物質的顆粒小於條紋間距；二是利用電流法，透過電子在不同位置的吸收數量，在靈敏電流計上顯示讀數，最後透過數學計算來還原波峰波谷的位置。這種方法類似於法拉第筒的原理。
1.4、第四個難題：實驗環境的影響
解決了前面的問題，是不是就可以做實驗了呢？還不行。因為還有兩個非常大的困難需要克服。首先，整個裝置的真空度要高。因為電子質素小，如果實驗環境中存在氣體分子，就會和電子發生碰撞，看不到繞射後的幹涉條紋。其次，環境的電磁場幹擾也不可忽視，電子帶電，在電磁場中會改變運動軌跡，導致我們看不到幹涉條紋。
在開始實驗之前，科學家還需要做三項處理：一是抽真空，二是電場遮蔽，三是磁場遮蔽。這些過程都不容易，如果要提高實驗的精度，每一步都會非常耗時。
二、是否可以拍影片記錄實驗過程？
解決了所有問題後，實驗終於可以開始了。有人可能會問，我們能否拍影片記錄實驗過程呢？答案是：做不到。因為在黑暗的房間裏，我們需要開燈才能看到物體，而電子是看不見的，我們無法透過光線反射來觀察它們的運動軌跡。因此，我們只能透過熒光屏或電流計來接收資訊，透過數學計算來描繪出幹涉條紋，然後在電腦螢幕上或打印出來。
三、電子雙縫繞射實驗的升級版
我們克服了所有困難完成了實驗，看到了電子透過雙縫後的繞射條紋，但新的困惑也隨之產生。電子作為一個實體粒子，為何表現出波動性？是不是因為電子束中包含多個電子，電子間會相互幹擾，從而產生幹涉現象？接下來，我們將探討五個加強版的電子雙縫繞射實驗。
3.1、單電子雙縫繞射實驗
如果之前的推理正確，那麽一次只發射一個電子，就不會發生幹涉現象。但事實卻相反，即使一次只發射一個電子，幹涉現象依舊出現。這該如何解釋？一個電子怎麽可能與自己發生幹涉呢？難道電子有分身術？
3.2、單電子雙縫延遲繞射實驗
在之前的單電子雙縫繞射實驗中，整個裝置處於遮蔽外界電磁場影響的真空中，我們無法觀察到電子如何透過小孔進入雙縫並投射到螢幕上。為了觀察，科學家在雙縫後安裝了線圈，電子穿過線圈時會產生感應電流，透過觀察連線線圈的電流表指標變化，就可以知道電子透過了哪條縫形成幹涉。但奇怪的是，一旦放入線圈，幹涉條紋就消失了，而取出線圈，幹涉條紋又出現了，不管誰做，在哪裏做，結果都一樣。人們稱之為單電子雙縫幹涉延遲實驗。
3.3、量子擦除實驗
現在將之前的電子雙縫繞射實驗再改造一下，確認可以產生幹涉條紋後，小心操作一個縫隙的擋板直到幹涉圖樣消失。這表明，因為可能獲得路徑資訊，幹涉圖樣被消除。但如果透過特殊程式擦除路徑資訊，幹涉圖樣又會重新出現。
3.4、雙源電子雙縫繞射實驗
之前我們說的是來自同一燈絲的電子，現在科學家用兩個燈絲發出的兩束電子流做了同樣的實驗。結果顯示，使用兩個電子源可以產生「雙源幹涉」。如果我們探測到電子源的路徑資訊，螢幕上就不會顯示幹涉圖樣；如果不探測路徑資訊，螢幕上就會顯示幹涉圖樣。這意味著，當我們看到螢幕上的幹涉圖樣時，我們無法知道電子是從哪個燈絲發射出來的。
3.5、改變路徑電子雙縫繞射實驗
在這個實驗中，在原有的電子雙縫繞射實驗基礎上，給雙縫安裝快門，實驗中保持一條縫隙開放，另一條關閉。也就是說，電子只能經過兩條縫隙中的一條。實驗結果顯示，只要電子的路程差允許到達探測屏，無論它們來自哪一條縫隙，幹涉圖樣仍然可以被觀察到。
四、電子雙縫繞射實驗的最大誤讀——觀察會影響實驗結果
從我們之前看到的電子雙縫繞射實驗來看，所謂的觀察實際上是透過經典儀器與電子發生作用，如線圈、擋板、接收屏、法拉第筒等裝置。這些都沒有意識的參與，實際情況是，實驗過程中，有很多科研人員在旁觀看，他們的意識對實驗結果不會有任何影響。
實際上，意識影響實驗結果的觀念來自一些科普者為了解釋實驗過程，而加入了自己的解讀，用網絡攝影機代替了實驗中的檢測手段。這導致了很多不明真相的人對實驗過程和結果產生了嚴重誤解。
從我們之前的檢測過程很容易想到，電子穿過線圈時，會線上圈中產生感應電流，進而產生磁場瞬間作用於電子束，從而破壞了幹涉條紋。這跟意識影響電子運動路徑沒有關系。
