为什么有人说双缝干涉延迟实验的结果很恐怖?

PhD肖


如果单纯只是光的干涉,也只是说明了光的波动性,因为干涉是波的特性。虽然我们后来知道光有波粒二象性。但是让人感到不解的干涉实验其实指的是粒子的干涉,也就是后来的电子干涉实验。这个实验不同于光干涉,在这个实验里发射的是实实在在的粒子,是具有静质量的(光子是没有静质量的)。在电子的干涉实验里,人们通过发射电子束通过两个狭缝,如果按照常理,狭缝后屏幕上应该是两束条纹。但是却发现狭缝后面屏幕上的图像呈现和光一样的明暗条纹,也就是说电子之间也产生了类似光的"干涉"现象。你可能会想粒子的这种干涉是因为大量电子相互影响才具有的,于是人们进一步实验,减弱电子束,使得每一次发射的电子可以看成一个,结果发现在时间足够长以后,屏幕上同样形成了干涉条纹,也就是说电子的这种"波动性"并不是大量电子影响的结果,而是每个电子具有的特性。每一个电子似乎"知道"自己该往哪条缝走。更有趣的来了,人们就想知道电子每一次会怎么走,于是通过类似光投影的办法,观察每个电子的轨迹,结果发现没有"干涉"了。似乎是一旦试图去观察电子的位置,电子的这种"波动性"就消失了。或者说光对电子的"干涉"产生了影响。其实也就是量子力学让人不理解的地方,即概率性。以上只是实验的一部分,历史上有许多物理学家做过这个实验,或者升级版的实验,还有更多有趣的现象。我只是大概介绍了一部分,感兴趣可以上网自己搜索,或者近代物理和量子物理的书籍里都有介绍。


尼古拉斯_黄


可能是因为曾经被解读为现在可以改变过去吧。

早期对这个实验的解读是挺诡异的,比如量子力学的著名科普书《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》里作者就写过,似乎当光子经过第一组半透镜后,在到达屏幕前是否插入第二篇半透镜会导致光子经过第一组透镜的方式改变。这相当于说光子可以在你决定怎么测量以后才决定它之前怎么走。这种解释确实是挺诡异的。

但实际上现在对这个实验有了新的解读,光子并不是在你确定测量方法时才确定以什么形式通过路径,而是一直以波的形式同时通过两个路径,直到到达屏幕完成测量它才随机坍缩成粒子,而你将能在哪个屏幕看到它由你是否插入第二块半透镜决定。

在这种解释里不需要光子改变过去的行为,也就没有什么诡异的了,自然也没什么恐怖了。做个好梦。


星宇飘零2099


用“恐怖”两字形容双缝干涉实验并不准确,更应该用“颠覆”或者“匪夷所思”来形容,因为实验的过程和结果都大大出乎了人们的意料,有悖于我们对现实世界的认知!

双缝干涉实验到底说明了什么?

简单来说,就是一个电子可以同时穿过两条缝隙,这足以让人震惊,但更震惊的还在后面,一旦我们观察(不一定是用眼睛看)电子是如何同时穿过两条缝隙时,却发现它只穿过一天缝隙!

这意味着什么?意味着我们的观测行为可以影响到电子的运动方式,电子仿佛知道我们有没有观测它!

而我们的观测行为是什么呢?有些科学家会用“意识”描述这行观测行为,也就是说意识可以影响物质的运动方式!

当然,也有些科学家试图用平行宇宙的概念来就是双缝干涉实验,认为电子本身会处于两个不同的宇宙,而当我们观测时,我们的观测使得电子的表现形式“坍缩”为其中的一种(穿过两条缝隙中的一条),而没观测时电子就同时穿过两条缝隙!

这就是双缝干涉实验最让人感到恐怖的地方!

截止目前,双缝干涉实验的诡异现象还没有得到完美解读,科学家们还需要继续努力!

你的了解呢?不妨说出来供大家参考!


宇宙探索


答:不否认,量子延迟选择实验的结果,确实让人觉得不可思议;但这仅限于正统量子力学下的解释,可是目前,我们除了接受正统解释之外,别无他法。


基础知识:双缝干涉实验

延迟选择实验被解读为“未来改变现在”,也就是“因果关系”被颠倒,至于这个理解对不对,或许不同的人有不一样的见解,就让我们来深入看看,这个实验中究竟是如何颠倒因果的吧!



量子双缝干涉实验,已经颠覆了我们的世界观,量子力学的正统解释(即哥本哈根诠释)为粒子同时穿过了两条缝,然后在屏幕上进行自我干涉。这是波动学说的解释,当然你也可以从粒子学说的角度,用不确定性原理来解释。

之所以先谈双缝干涉实验,是因为双缝实验中,包含了量子力学的精髓,如果你没有接受和理解双缝实验,那么对于量子延迟选择实验,是不可能看懂的。


量子延迟选择实验

在1979年,普林斯顿大学纪念爱因斯坦诞辰100周年,物理学家约翰·惠勒在会议上首次提出“量子延迟选择实验”,震惊了科学界。



延迟选择实验,本质上是双缝实验的延伸,但是得到的结论,却让科学家为难了。

实验是这样的:




(1)利用半镀银的反射镜(反射50%的光线和透过50%的光线)来代替双缝,如上图所示,光子有50%的概率透过反射镜或者被反射,这个概率完全取决于量子随机;

(2)然后我们在两条路径上均放置一块全反射镜,再汇集到一起,进行光子检测;

(3)我们可以精确安排光子的波长和相位,还有路径的光程,使得透过和反射的光,在检测屏处进行干涉,从而使得光只在一个方向进行输出,比如只在右边屏幕进行输出;

以上准备并无特别之处,用波动光学就可以进行解释,实验过程也很容易实现。


但是!!!我们来讨论,光子枪发射单个光子时,问题就变得复杂啦!

经典力学诠释:

单个光子是独立的个体,经过半透镜时,要么被反射,要么透过,这是一个随机过程;对于单个光子来说,要么走了路径1,要么走了路径2;如果我们持续地发射“单个光子”,那么右边屏幕和下方屏幕均会出现一个光斑,这是半透镜把光子平均分成了两路的缘故。


量子力学的解释:

量子力学的哥本哈根诠释认为,单个光子经过半透镜时,量子随机必定造成光子在两条路径上进行叠加,然后在终点进行干涉,也就是说单个光子必定同时走了两条路径;如果持续地发射单个光子,最后也会在右边形成干涉图样,下方不会检测到光子。


改进实验

到这里,我们已经看到经典力学和量子力学的不同了,但本质上还是双缝干涉实验,接下来才正式进入延迟选择实验:

继续改进实验,我们不是难以确定光子到底走了哪条路径嘛?




那好,我们在两条路径(全反射镜之后)中,各放入一个光子检测器,那么请问:这时候光子还会发生干涉吗?我们会检测到光子的两个分身吗?

深刻理解量子力学的人,马上可以下结论,一旦我们进行检测,光子的波函数就会坍缩,干涉肯定会消失,又会变成经典力学的情况。

没错,这里和双缝干涉实验本质上还是一样的,实验结果符合量子力学预言。


接下来,才是延迟选择实验的精髓:

继续我们的实验,我现在等光子已经走过半透镜后,也就是说光子已经选择了走哪条路后,我们再选择是否放入光子检测器(弄得好像我们在和光子捉迷藏似的),那么会出现什么情况呢?



现在的情况,就不好说了,之前量子力学的杀手锏——波函数坍塌,好像解释起来也很牵强。自从物理学家约翰·惠勒提出延迟选择试验后,科学界引起了一阵热议,都在期待着实验结果。


5年后,科学家首次完成了延迟选择实验,实验结果表明,我们放置检测器的时间,并不影响实验结果,也就是说:就算你在光子作出选择后,再放置检测器,都会导致波函数的塌缩,和干涉图样的消失。



我们来理清思路:

(1)不放置检测器:光子同时走了两条路线;

(2)光子走过半透镜前放置检测器:光子坍缩成经典力学的情况;

(3)光子选择路径之后再放置检测器:此时光子已经开始同时走两条路径了,然后再塌缩成经典力学的情况;

其中的因果关系:光子选择走一条路径,还是同时走两条路径,居然可以在已经做了选择之后,再由我们是否放置探测器来决定,这明显是违背前因后果关系的。

更致命的是,延迟选择实验并没有限制其中的时间差,比如我们可以利用天文学上的引力透镜效应,做成一个跨天纪的延迟选择实验,使得我们现在的行为,去决定遥远光子在数亿年前的选择,至少理论上是可行的,这想起来真是不可思议。



以上,就是延迟选择实验的通俗解释,从某种角度来说,延迟选择实验似乎违背了“前因后果率”,可我们现在除了接受正统量子力学诠释外,的确没有更好的解释!


根据宇宙大爆炸学说,在138亿年前,我们宇宙的一切都是聚集到一起的,或许其中的某些联系,一直关联到现在,无论我们相距多远,至少我们曾经是一个整体。



又或许正是这种联系,使得大爆炸初的状态,决定了我们现在的一切……打住!打住!!

这个有点决定论的味道,当然这只是一个脑洞大开的想法而已,不能当真。那么你是怎么看待延迟选择实验的呢?


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


双缝干涉延迟试验的恐怖在于不是很好理解,用有趣的话说就是假如你家小狗要生了,你不去看的话会生出几只小狗,而一旦你去看就会生出几只小鸡。或者一场篮球比赛,你不去看的时候能打个平手,一旦你去看可能会出现120比0的结果。你说恐怖吗?再比如说,你自以为了解你身后的世界,可是你知道吗? 在你转身的那一瞬间,你身后的世界变成了你看到的世界,在你看的前一秒,并不是那样的。


单光子双缝干涉实验图像实验结果是这样描述的,就算实验者每次只发射一个光子,在发射若干次光子后,投射面依然会形成明暗交替的影像。这就告诉我们,每个光子似乎同时通过了两个缝隙,自己与自己产生了干涉! 更加惊奇的是,如果有人用另一个仪器对双缝进行精确测量,以确定光子到底从哪个缝经过,则干涉条纹就会就会消失。


就是说,光子似乎有生命似的,一旦感觉到被测量则它只会从一个缝中通过,没有干涉现象发生,也就没有了明暗交替的光斑。事情可能的唯一原因就是我们,我们作为观察者参与了事件,改变了整个事件。


不过这种神器的现象对于人工智能安全机器人的研发提供了一些思路,目前相关的试验正在进行中,相信会带来不一样的震撼。


请关注我们,人工智能机器人相关研究不断更新中。


人工智能教育机器人医


一群故弄玄虚的假科学家,说得那么神秘,搬弄那么多科学术语,真是可气可恨!其实道理非常简单,电子就像一个气球,观察就像一支点燃的香烟,你吹气球的时候,香烟在哪个位置就会在哪个位置爆,世间的一切都是相互作用,气球不会爆,香烟也不会爆,气球遇上香烟就会爆!


天意论


嗯~光子要到一个地方时会先用洪荒之力打开一条最近的通道,当通道打通之时就可以把光子瞬间传送过去,当你去观察之时,由于你的干涉会导致传送通道改变。就像挖隧道,本来挖到哪都是确定的了,但天有不测风云,挖着挖着上帝突然想看看,就把山顶掀开来瞄一眼,结果导致地质结构改变,只得改道~然后……我编不下去了


pepe_nian


因为观察会使过程和结果发生改变,也就是说你不去看,事件是不确定的,相当于如果没有意识去观察这个宇宙和太阳系,那么这个世界是没有意义的,因为不确定这个宇宙的状态


先知嘿嘿


意识是有形的,是一种能量,人类去观察,首先是想去观察,这个想法产生的能量影响了光子。仅此而已,为何都不考虑人的思想的影响而都说这个世界怎么怎么样呢,多简单的事就不敢往自己身上想


辛勤的小锄头


我理解是:看起来不同的东西,其实是一个本源。也就是说,你我他,世界上每一个人每一个物体每一个生物,我们不一样。但如果参照这个实验,我们也许都是同一个东西在我们这个维度的投影。


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