惠勒延迟选择实验,任何一种现象只有被记录之后才能确定发生过

茫茫宇宙中发生的奇迹,胜过人们在最狂野的梦里所能想象出来的最灿烂的焰火。——惠勒

惠勒延迟选择实验引出人们这样的遐想,宇宙的历史可能是在它实际发生之后,才被决定究竟是怎样发生的。换言之就是“现在你们看到了这篇文章,之后的我才写下了此文”。

惠勒延迟选择实验是对双缝干涉实验的进一步思考,指出了可以“延迟”光子或电子的决定,使得粒子在已经实际通过了刻有两条狭缝的不透明板之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条缝。这将意味着,现在的行为改变了过去,与因果律相悖。

双缝干涉实验

双缝干涉实验是一种验证光子或电子等微观粒子的波动性与粒子性的实验。

将光束照射于一块刻有两条狭缝的不透明板,通过狭缝的两束光波发生相互干涉,当路程差是半波长的偶数倍时,光波的相位相同,振幅互相叠加,形成亮条纹。当振幅互相抵消,则出现暗条纹。最终在探测屏上形成了明暗相间的干涉条纹。

量子力学表明,不论光子或电子,在双缝实验里,粒子抵达探测屏的位置的概率分布由量子波函数决定,理论上单个粒子的双缝干涉实验仍然成立。通过使用单独光子或电子发射器来进行双缝干涉实验,探测屏累积大量粒子之后,也会显示出熟悉的干涉图样。证实了,单个光子或电子可以同时通过两条狭缝,并且自己与自己干涉。这就是双缝实验最诡异的结论。

惠勒延迟选择实验

“延迟选择实验”其实是双缝实验的变形,惠勒根据半镀银的反射镜有50%的可能性反射或透射光子的特性,将其代替了双缝。首先把半透镜P摆成45度角,那么光源发出的光子将分为两路,PA反射,PB透射。在反射和透射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,然后进入探测器。

第一次实验,红圈C点不放置半透镜,光子一个一个从激光源射出,通过探测器发现,一半数量的光子进入了探测器X,另一半数量的光子进入了探测器Y。这说明,50%的光子走了PA路,50%走了PB路,显然可以确定光子所经过的条路径。

第二次实验,红圈C点放置半透镜P´,PA和PB每条路径的光子将再分为两路,意味着交叉垂直的两路光又合并到了一个方向,这会造成光子的干涉,探测器X和Y处都会看到干涉条纹。即使光子一个一个发射,干涉条纹依然存在,同双缝干涉实验一致,说明了每个光子是同时走PA和PB两条路径,到达C后再与自己发生了干涉。

通过调整相位,完全可以使得在一个方向上的光子呈反相而相互抵消。此方向上的探测器X将无法探测到光子,另一方向上的探测器Y则必定会探测到光子。

总而言之,若不在C点放置半透镜P´,则光子就单独沿着某一条路径而来,反之在C点放置半透镜P´,光子就同时经过两条路径。但如果在光子经过第一块半透镜P和全反射镜之后,在C点放置半透镜P´,结果还是只有探测器Y能接收到光子,这意味着放置半透镜P´的行为改变了光子最初所走的路径。也就是说,现在的行为改变了过去。

惠勒延迟选择实验表明,任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象,历史不是确定和实在的,除非它已经被记录下来。光子在通过第一块半透镜到第二块透镜之间到底在哪里,是一个无意义的问题,它也许不是一个客观事实。

在薛定谔的猫实验里,可以设计某种延迟选择实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活。甚至是引力透镜现象,也可以设计成延迟选择实验,只要将望远镜分别对准由引力透镜形成的两个类星体像,利用光导纤维调整光程相位差,并将光子引入实验装置,就可以完成宇宙尺度的延迟选择实验。

惠勒延迟选择实验阐明了量子物理与经典物理在“实在性”问题上的深刻分歧,将整体论从空间延伸到时间,不仅仅空间是彼此相互关联的,从宇宙诞生至今的全部时间,也可能是一个联系的整体。这必将引发人们对现在、过去甚至是未来的理念革新。

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