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惠勒延迟选择实验究竟有多“反常”?

2019-10-07来源:链向财经
惠勒延迟选择实验究竟有多“反常”?

很多量子现象与人类的一般认知大相径庭,例如,不确定性原理表明,粒子的位置和速度不可能被同时测量出来。而惠勒延迟选择实验更是诡异,这种现象似乎表明现在决定了过去,这与我们所知的因果律完全相反。

惠勒延迟选择实验其实是双缝实验的变形,而双缝实验本身就已经比较诡异了。如果让光通过双缝,那么,在接收屏上将会获得明暗相间的条纹。这很容易理解,因为光是一种波。

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然而,如果把光子一个接一个的释放出来,让它们逐一穿过双缝,结果还会出现一样的干涉现象。根据量子力学的解释,光子自身似乎发生了干涉,每个光子似乎同时穿过了两条缝,光子仍然表现出波动性。

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更让人瞠目结舌的是,如果在双缝旁边装上记录器,用于观测光子究竟是从哪条缝中穿过,结果干涉条纹消失了!接收屏上只会留下两条光路,它们是由光子穿过两条缝时所产生的。在这种情况下,光子表现出了粒子性。因此,观测行为改变了光子的行为。

而接下来要说的惠勒延迟选择实验就更让人觉得真实的世界或许没有那么简单。

惠勒延迟选择实验究竟有多“反常”?

如上图所示,有一光源发出的光会经过一块半透镜,该半透镜有一半的可能性让光子发生反射,还有一半的可能性让光子直接穿过。在反射和穿透的光路上各放置一块全反射镜A和B,使光子经过反射之后,两条光路交汇到C点。在光路后方,各放置一块接收器来观测光子走了哪条路径(AC或者BC)。显然,光子走AC路径和BC路径的可能性都是一样的,皆为50%。

如果在C点再放置一块半透镜,那么,走BC路径的光会发生干涉相消,而走AC路径的光会发生干涉相长,所以最后只有AC路径上的接收器会接收到光信号,而BC路径上的接收器不会接收到光信号。这意味着光子同时走了两条路径,光子自身与自身发生了干涉,这个现象类似于上述的双缝实验。

但如果在光子经过第一块半透镜和全反射镜之后,在C点放置一块半透镜,结果还是只有一块接收器能接收到光信号,这意味着放置第二块半透镜的行为改变了光子的最初所走路径。也就是说,现在的行为改变了过去,这与因果律完全相悖,因果关系完全被颠倒来过。在惠勒提出延迟选择实验之后几年,物理学家在实验室中证实了惠勒的这个思想实验。

惠勒延迟选择实验究竟有多“反常”?

从一系列“反常”的量子实验可以看出,我们所知的“现实”或许不是这个世界的本质,宇宙中还存在着更为深刻的基础规律有待我们去发现。只有揭开宇宙更深刻的本质,人类的文明才能获得突破性的发展。

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