爲什麼有人說雙縫干涉延遲實驗的結果很恐怖?

PhD肖


如果單純只是光的干涉,也只是說明了光的波動性,因為干涉是波的特性。雖然我們後來知道光有波粒二象性。但是讓人感到不解的干涉實驗其實指的是粒子的干涉,也就是後來的電子干涉實驗。這個實驗不同於光干涉,在這個實驗裡發射的是實實在在的粒子,是具有靜質量的(光子是沒有靜質量的)。在電子的干涉實驗裡,人們通過發射電子束通過兩個狹縫,如果按照常理,狹縫後屏幕上應該是兩束條紋。但是卻發現狹縫後面屏幕上的圖像呈現和光一樣的明暗條紋,也就是說電子之間也產生了類似光的"干涉"現象。你可能會想粒子的這種干涉是因為大量電子相互影響才具有的,於是人們進一步實驗,減弱電子束,使得每一次發射的電子可以看成一個,結果發現在時間足夠長以後,屏幕上同樣形成了干涉條紋,也就是說電子的這種"波動性"並不是大量電子影響的結果,而是每個電子具有的特性。每一個電子似乎"知道"自己該往哪條縫走。更有趣的來了,人們就想知道電子每一次會怎麼走,於是通過類似光投影的辦法,觀察每個電子的軌跡,結果發現沒有"干涉"了。似乎是一旦試圖去觀察電子的位置,電子的這種"波動性"就消失了。或者說光對電子的"干涉"產生了影響。其實也就是量子力學讓人不理解的地方,即概率性。以上只是實驗的一部分,歷史上有許多物理學家做過這個實驗,或者升級版的實驗,還有更多有趣的現象。我只是大概介紹了一部分,感興趣可以上網自己搜索,或者近代物理和量子物理的書籍裡都有介紹。


尼古拉斯_黃


可能是因為曾經被解讀為現在可以改變過去吧。

早期對這個實驗的解讀是挺詭異的,比如量子力學的著名科普書《上帝擲骰子嗎?——量子物理史話》裡作者就寫過,似乎當光子經過第一組半透鏡後,在到達屏幕前是否插入第二篇半透鏡會導致光子經過第一組透鏡的方式改變。這相當於說光子可以在你決定怎麼測量以後才決定它之前怎麼走。這種解釋確實是挺詭異的。

但實際上現在對這個實驗有了新的解讀,光子並不是在你確定測量方法時才確定以什麼形式通過路徑,而是一直以波的形式同時通過兩個路徑,直到到達屏幕完成測量它才隨機坍縮成粒子,而你將能在哪個屏幕看到它由你是否插入第二塊半透鏡決定。

在這種解釋裡不需要光子改變過去的行為,也就沒有什麼詭異的了,自然也沒什麼恐怖了。做個好夢。


星宇飄零2099


用“恐怖”兩字形容雙縫干涉實驗並不準確,更應該用“顛覆”或者“匪夷所思”來形容,因為實驗的過程和結果都大大出乎了人們的意料,有悖於我們對現實世界的認知!

雙縫干涉實驗到底說明了什麼?

簡單來說,就是一個電子可以同時穿過兩條縫隙,這足以讓人震驚,但更震驚的還在後面,一旦我們觀察(不一定是用眼睛看)電子是如何同時穿過兩條縫隙時,卻發現它只穿過一天縫隙!

這意味著什麼?意味著我們的觀測行為可以影響到電子的運動方式,電子彷彿知道我們有沒有觀測它!

而我們的觀測行為是什麼呢?有些科學家會用“意識”描述這行觀測行為,也就是說意識可以影響物質的運動方式!

當然,也有些科學家試圖用平行宇宙的概念來就是雙縫干涉實驗,認為電子本身會處於兩個不同的宇宙,而當我們觀測時,我們的觀測使得電子的表現形式“坍縮”為其中的一種(穿過兩條縫隙中的一條),而沒觀測時電子就同時穿過兩條縫隙!

這就是雙縫干涉實驗最讓人感到恐怖的地方!

截止目前,雙縫干涉實驗的詭異現象還沒有得到完美解讀,科學家們還需要繼續努力!

你的瞭解呢?不妨說出來供大家參考!


宇宙探索


答:不否認,量子延遲選擇實驗的結果,確實讓人覺得不可思議;但這僅限於正統量子力學下的解釋,可是目前,我們除了接受正統解釋之外,別無他法。


基礎知識:雙縫干涉實驗

延遲選擇實驗被解讀為“未來改變現在”,也就是“因果關係”被顛倒,至於這個理解對不對,或許不同的人有不一樣的見解,就讓我們來深入看看,這個實驗中究竟是如何顛倒因果的吧!



量子雙縫干涉實驗,已經顛覆了我們的世界觀,量子力學的正統解釋(即哥本哈根詮釋)為粒子同時穿過了兩條縫,然後在屏幕上進行自我干涉。這是波動學說的解釋,當然你也可以從粒子學說的角度,用不確定性原理來解釋。

之所以先談雙縫干涉實驗,是因為雙縫實驗中,包含了量子力學的精髓,如果你沒有接受和理解雙縫實驗,那麼對於量子延遲選擇實驗,是不可能看懂的。


量子延遲選擇實驗

在1979年,普林斯頓大學紀念愛因斯坦誕辰100週年,物理學家約翰·惠勒在會議上首次提出“量子延遲選擇實驗”,震驚了科學界。



延遲選擇實驗,本質上是雙縫實驗的延伸,但是得到的結論,卻讓科學家為難了。

實驗是這樣的:




(1)利用半鍍銀的反射鏡(反射50%的光線和透過50%的光線)來代替雙縫,如上圖所示,光子有50%的概率透過反射鏡或者被反射,這個概率完全取決於量子隨機;

(2)然後我們在兩條路徑上均放置一塊全反射鏡,再彙集到一起,進行光子檢測;

(3)我們可以精確安排光子的波長和相位,還有路徑的光程,使得透過和反射的光,在檢測屏處進行干涉,從而使得光只在一個方向進行輸出,比如只在右邊屏幕進行輸出;

以上準備並無特別之處,用波動光學就可以進行解釋,實驗過程也很容易實現。


但是!!!我們來討論,光子槍發射單個光子時,問題就變得複雜啦!

經典力學詮釋:

單個光子是獨立的個體,經過半透鏡時,要麼被反射,要麼透過,這是一個隨機過程;對於單個光子來說,要麼走了路徑1,要麼走了路徑2;如果我們持續地發射“單個光子”,那麼右邊屏幕和下方屏幕均會出現一個光斑,這是半透鏡把光子平均分成了兩路的緣故。


量子力學的解釋:

量子力學的哥本哈根詮釋認為,單個光子經過半透鏡時,量子隨機必定造成光子在兩條路徑上進行疊加,然後在終點進行干涉,也就是說單個光子必定同時走了兩條路徑;如果持續地發射單個光子,最後也會在右邊形成干涉圖樣,下方不會檢測到光子。


改進實驗

到這裡,我們已經看到經典力學和量子力學的不同了,但本質上還是雙縫干涉實驗,接下來才正式進入延遲選擇實驗:

繼續改進實驗,我們不是難以確定光子到底走了哪條路徑嘛?




那好,我們在兩條路徑(全反射鏡之後)中,各放入一個光子檢測器,那麼請問:這時候光子還會發生干涉嗎?我們會檢測到光子的兩個分身嗎?

深刻理解量子力學的人,馬上可以下結論,一旦我們進行檢測,光子的波函數就會坍縮,干涉肯定會消失,又會變成經典力學的情況。

沒錯,這裡和雙縫干涉實驗本質上還是一樣的,實驗結果符合量子力學預言。


接下來,才是延遲選擇實驗的精髓:

繼續我們的實驗,我現在等光子已經走過半透鏡後,也就是說光子已經選擇了走哪條路後,我們再選擇是否放入光子檢測器(弄得好像我們在和光子捉迷藏似的),那麼會出現什麼情況呢?



現在的情況,就不好說了,之前量子力學的殺手鐧——波函數坍塌,好像解釋起來也很牽強。自從物理學家約翰·惠勒提出延遲選擇試驗後,科學界引起了一陣熱議,都在期待著實驗結果。


5年後,科學家首次完成了延遲選擇實驗,實驗結果表明,我們放置檢測器的時間,並不影響實驗結果,也就是說:就算你在光子作出選擇後,再放置檢測器,都會導致波函數的塌縮,和干涉圖樣的消失。



我們來理清思路:

(1)不放置檢測器:光子同時走了兩條路線;

(2)光子走過半透鏡前放置檢測器:光子坍縮成經典力學的情況;

(3)光子選擇路徑之後再放置檢測器:此時光子已經開始同時走兩條路徑了,然後再塌縮成經典力學的情況;

其中的因果關係:光子選擇走一條路徑,還是同時走兩條路徑,居然可以在已經做了選擇之後,再由我們是否放置探測器來決定,這明顯是違背前因後果關係的。

更致命的是,延遲選擇實驗並沒有限制其中的時間差,比如我們可以利用天文學上的引力透鏡效應,做成一個跨天紀的延遲選擇實驗,使得我們現在的行為,去決定遙遠光子在數億年前的選擇,至少理論上是可行的,這想起來真是不可思議。



以上,就是延遲選擇實驗的通俗解釋,從某種角度來說,延遲選擇實驗似乎違背了“前因後果率”,可我們現在除了接受正統量子力學詮釋外,的確沒有更好的解釋!


根據宇宙大爆炸學說,在138億年前,我們宇宙的一切都是聚集到一起的,或許其中的某些聯繫,一直關聯到現在,無論我們相距多遠,至少我們曾經是一個整體。



又或許正是這種聯繫,使得大爆炸初的狀態,決定了我們現在的一切……打住!打住!!

這個有點決定論的味道,當然這只是一個腦洞大開的想法而已,不能當真。那麼你是怎麼看待延遲選擇實驗的呢?


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


雙縫干涉延遲試驗的恐怖在於不是很好理解,用有趣的話說就是假如你家小狗要生了,你不去看的話會生出幾隻小狗,而一旦你去看就會生出幾隻小雞。或者一場籃球比賽,你不去看的時候能打個平手,一旦你去看可能會出現120比0的結果。你說恐怖嗎?再比如說,你自以為了解你身後的世界,可是你知道嗎? 在你轉身的那一瞬間,你身後的世界變成了你看到的世界,在你看的前一秒,並不是那樣的。


單光子雙縫干涉實驗圖像實驗結果是這樣描述的,就算實驗者每次只發射一個光子,在發射若干次光子後,投射面依然會形成明暗交替的影像。這就告訴我們,每個光子似乎同時通過了兩個縫隙,自己與自己產生了干涉! 更加驚奇的是,如果有人用另一個儀器對雙縫進行精確測量,以確定光子到底從哪個縫經過,則干涉條紋就會就會消失。


就是說,光子似乎有生命似的,一旦感覺到被測量則它只會從一個縫中通過,沒有干涉現象發生,也就沒有了明暗交替的光斑。事情可能的唯一原因就是我們,我們作為觀察者參與了事件,改變了整個事件。


不過這種神器的現象對於人工智能安全機器人的研發提供了一些思路,目前相關的試驗正在進行中,相信會帶來不一樣的震撼。


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人工智能教育機器人醫


一群故弄玄虛的假科學家,說得那麼神秘,搬弄那麼多科學術語,真是可氣可恨!其實道理非常簡單,電子就像一個氣球,觀察就像一支點燃的香菸,你吹氣球的時候,香菸在哪個位置就會在哪個位置爆,世間的一切都是相互作用,氣球不會爆,香菸也不會爆,氣球遇上香菸就會爆!


天意論


嗯~光子要到一個地方時會先用洪荒之力打開一條最近的通道,當通道打通之時就可以把光子瞬間傳送過去,當你去觀察之時,由於你的干涉會導致傳送通道改變。就像挖隧道,本來挖到哪都是確定的了,但天有不測風雲,挖著挖著上帝突然想看看,就把山頂掀開來瞄一眼,結果導致地質結構改變,只得改道~然後……我編不下去了


pepe_nian


因為觀察會使過程和結果發生改變,也就是說你不去看,事件是不確定的,相當於如果沒有意識去觀察這個宇宙和太陽系,那麼這個世界是沒有意義的,因為不確定這個宇宙的狀態


先知嘿嘿


意識是有形的,是一種能量,人類去觀察,首先是想去觀察,這個想法產生的能量影響了光子。僅此而已,為何都不考慮人的思想的影響而都說這個世界怎麼怎麼樣呢,多簡單的事就不敢往自己身上想


辛勤的小鋤頭


我理解是:看起來不同的東西,其實是一個本源。也就是說,你我他,世界上每一個人每一個物體每一個生物,我們不一樣。但如果參照這個實驗,我們也許都是同一個東西在我們這個維度的投影。


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