延迟实验|过去、现在和未来有明确界限吗？惠勒延迟选择实验意味着什么？
本文参加百家号 #科学了不起#系列征文赛 。
我们身处的世界可以分为两个部分 ， 微观世界以及宏观世界 ， 然而宏观世界是由微观世界所组成的 ， 因此本质上二者应该遵循着同一个规则 。
然而在现实之中 ， 微观世界所发生的事情 ， 往往让身处宏观世界的我们感到困惑 。 我们难以理解为什么微观世界是随机的 ， 为什么在电子双缝干涉实验之中 ， 观测会导致实验结果发生变化 ， 这些都不能用我们在宏观世界所知的常识去理解 。 在宏观世界之中 ， 过去、现在和未来是有着明确的界限的 ， 此时此刻就是现在 ， 而在此之前就是过去 ， 在此之后则是未来 。 过去的行为会影响到现在的我们 ， 而现在的一举一动又会成为未来的原因 ， 这个顺序是不可逆的 ， 在未来所发生的一切都不会导致现在和过去的历史发生变化 ， 就是这样一个最为基本的常识 ， 在微观世界之中似乎也并不适用 。
美国物理学家约翰·惠勒在1979年的时候提出了这样的一个思想实验 ， 后被称为惠勒延迟选择实验 ， 又或者量子延迟选择实验 。
实验装置大体是这样的：用一个光源发射光子 ， 在光源的发射方向上放置一块“半反半透镜” ， “半反半透镜”在现实中是存在的 ， 它有一半的几率会将光子反射 ， 同时又有一半的可能性会让光子直接穿过去 。 在反射和穿透的方向上分别放置一个检测装置 ， 具体可见下图 。
当我们发射一个光子的时候 ， 两个检测装置A和B之中只有一个会亮起来 ， 也就是说这一个光子要么被反射 ， 要么则穿透半反半透镜 ， 这与我们所知的常识是相符的 ， 而此时的光子表现出来的是粒子性 。 然而光子是具有波粒二象性的 ， 也就是说它既是粒子又是波 ， 那么怎么能让光子表现出波动性呢？需要将装置进行一下改变 ， 加上两面全反镜和一面半反半透镜 。
【延迟实验|过去、现在和未来有明确界限吗？惠勒延迟选择实验意味着什么？】在光子反射和穿透的方向上分别加上一个全反镜 ， 来改变光子的运动轨迹 ， 让反射路径的轨迹和穿透路径的轨迹发生交叉 ， 然后在路径交叉的地方再放置一块“半反半透镜” 。
具体可见下图 ， 有了第二块半反半透镜之后 ， 就可以通过调节这面半反半透镜来使两条路径上的光发生干涉 ， 此时光的波动性就很好地展现了出来 ， 也就是说光选择了同时经过两条路 ， 因为光只有走两条路 ， 才能够发生干涉 。 换一种说法 ， 就是我们加与不加第二块“半反半透镜”决定着光子在第一块“半反半透镜”处是选择走一条路 ， 还是选择走两条路 。 实验至此 ， 对于身处宏观世界的我们而言 ， 已经足够神奇了 ， 但更神奇的还在后面 。
既然是否增加第二块“半反半透镜”决定着光子在第一块“半反半透镜”处的选择 ， 那么如果我们一开始先不增加第二块“半反半透镜” ， 等光子通过了第一块“半反半透镜”之后 ， 我们再加上第二块镜子 ， 结果会怎样呢？
从因果论出发 ， 结果应该是可以预知的 ， 因为光子已经通过了第一面镜子 ， 所以光子只选择了走一条路径 ， 展现出了粒子性 ， 所以肯定不会发生干涉 。 但结果并非如此 ， 在光子通过第一块“半反半透镜”之后再加上第二块“半反半透镜” ， 干涉依然会出现 。 也就是说 ， 现在的行为会使历史发生改变 ， 因为我们现在增加了一面镜子 ， 所以已经选择走单一路径的光子返回到了选择之前 ， 重新选择了两条路径 。
表面上看起来 ， 惠勒延迟选择实验似乎说明了现在的行为会改变历史 ， 但如果做出这样的结论 ， 恐怕没有人能够接受 。
所以从惠勒延迟选择实验提出至今 ， 一直有人试图对其进行解读 ， 有人认为这个思想实验实际上是将两个不相关的实验组合在了一起 ， 事实上增加与不增加镜子是两个独立的实验 ， 不能够组合在一起进行 ， 将两个实验组合在一起 ， 然后反向追溯实验的过程 ， 这种行为本身就是错误的 。
【延迟实验|过去、现在和未来有明确界限吗？惠勒延迟选择实验意味着什么？】还有一种解释就是多重宇宙了 ， 每当遇到难以解决的问题的时候 ， 多重宇宙理论总是能够赶来救场 ， 什么祖父悖论、延迟选择实验在多重宇宙理论下都不是事 ， 只要在面临选择的时候分裂出一个宇宙 ， 问题就迎刃而解了 。 关于惠勒延迟选择实验的解释颇多 ， 但时至今日 ， 距这个思想实验提出已经40多年了 ， 仍然没有一个公认的定论 ， 也许我们需要对宇宙规律有更深的认知才能够给这个思想实验一个正确的解读吧 。
推荐阅读
- 新冠肺炎|实验室暴露感染，西安一检验师确诊新冠肺炎
- 引力波|从暗物质到暗物质引力波
- 美国_军事|那个帮美国破解北斗卫星的清华才女高杏欣，13年过去了，近况如何
- 新冠病毒|新冠病毒变异有多快？过去1年，全球发现了接近30000个突变
- 鼻子|过去的鼻子、喉咙都白被捅了？研究发现皮肤拭子即可检测新冠
- 疫苗|新冠病毒突变背景下：人体挑战实验是检验疫苗有效性的最佳方法之一
- 朱为模|讲座通知丨朱为模：运动抗癌的过去、现在与未来
- 伊丽莎白·布莱克本|诺奖科学家“冥想实验”，静修打坐90天，身体回到20岁
- iter|国际热核聚变实验堆（ITER）产氚实验包层项目在成都启动
- nasa|NASA展示国际空间站“小型花园”和植物实验