蔡林格对重叠现象和哥本哈根诠释的意义(即次原子粒子只以潜态存在着)特别感兴趣。他感到好奇,只有构成物体的次原子粒子是存在于“镜厅”状态的吗?还是说较大的物体一样如此?为了回答这个问题,蔡林格动用了一种被称为洛氏干涉计的仪器。这种仪器由麻省理工学院的科学家研发,是19世纪英国物理学家托马斯·扬在著名的“双缝实验”中使用的器材的变体。在该实验中,扬让一道白光穿过一张厚纸板上的一个孔或一道缝隙,再穿过第二块纸板的两个孔眼,最后抵达第三片空白纸板。
在物理学术语里,两道协调的波(协调是指波峰和波谷的起伏时间一样)碰撞在一起的情况专业上称为“干涉”。发生干涉现象的话,两道波的强度大于每个独立个体的振幅,信号也变得更强。这相当于是一种产生影响或是交换信息的结果,称为“建设性干涉”。但如果是一个到达波峰,另一个到达波谷,则会倾向于互相抵消,这种情形称为“破坏性干涉”。在建设性干涉的情况下,所有波都会同步摆动,发出的光更强。反之,破坏性干涉会让光互相抵消,剩下一片漆黑。
在扬的实验中,光线通过第二片纸板的两个孔眼后,会在第三片纸板上形成斑马线状黑白相间的条纹。如果光只是由一连串粒子构成,那它通过第二片纸板之后,理应是在第三片纸板上显示出两个最亮的光点。不过,光最强的部分却是在两个孔眼的中间,显然,这是由那些波彼此互相干涉所产生的振幅的重叠所导致的。扬由此首先意识到,光线是以重叠波的形式从两个孔眼穿过、漫开。
同一个实验的现代版本则是把一个个光子激射过两条缝隙。它们一样会在第三片纸板上形成黑白相间的条纹。这证明,即使是光的基本单位,一样是以散开的波状前进,而且影响范围较大。
20世纪的科学家还用其他的量子粒子来继续做扬的实验,证明了量子体是以波状前进,会同时穿过两条缝隙。向三重屏幕激射一串光子,结果会像光束一样,在第三面屏幕上形成明暗交替的干涉模式。由于需要至少两道波才能形成这样的干涉模式,因此它意味着,一个光子可以神奇地同时穿过两条缝隙,然后在重新结合时形成干涉现象。
双狭缝实验概括出了量子物理学的一个核心奥秘:次原子粒子不是一个观众座位,而是一整座体育场。它也证明了:存在于封闭的量子态的电子是无法被一窥全豹的。想要确认一个量子体,你就非让粒子在行进中停下来不可,但一旦停下来,它又会垮陷成为单一的点。
蔡林格重做双狭缝实验时没有使用次原子粒子,而是使用分子。他的干涉计的第一个屏幕有一排狭缝,第二个屏幕的狭缝与第一片完全平行,其作用是通过分子衍射(或偏斜)。第三个屏幕与分子束成直角,功用就像一道具有扫掠功能的“面具”,能够计算通过的所有分子波的大小,通过极敏感的激光探测器,可以锁定分子的位置和它们的干涉模式。
做第一回合的实验时,蔡林格与他的人员精挑细选出一批富勒烯分子作为实验材料。富勒烯俗称“布基球”,由60个碳原子构成,每个有一纳米大小,在分子世界里算是庞然大物。他们会选择富勒烯,不只是因为它体积巨大,还因为它形状整齐,就像一个形状对称的小足球。