为什么有人说双缝干涉延迟实验的结果很恐怖?

科学探秘频道


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


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。


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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


因为它的结果给人的一种直观结论是:过去已经发生的事实,可以被现在改变。

下面先简单介绍一下电子双缝实验,然后以此为基础,解释一下什么是延迟选择。

在宏观世界,比如一个足球场,你在一个球门前放置一个大的挡板(可以遮盖球门),此时在挡板上开两条刚好能通过足球的缝隙,这时你在远处不断的射球,总会有一些球会穿过缝隙进入球门,并且可以预测,足球在球门中落下的位置,应该集中在两点附近。这很正常,没什么奇怪的。

于是我们将球门挡板的思路搬进微观世界,变成电子通过极窄缝隙,落到后面的屏幕。此时我们全程观测,当电子一个接着一个发射出(保证每次只有一个电子通过挡板),很清晰的结果出现了,屏幕上有两条亮点,这和宏观世界没什么不一样。这时实验条件变了,撤出观测装置,过了一段时间,我们去检查结果,奇怪的事发生了,屏幕上出现了明暗相间的干涉条纹。

按照哥本哈根诠释来说,在没有观测前提下,波函数没有坍塌,电子是同时通过了两条缝隙,形成了干涉条纹。

那么什么叫延迟选择呢?

在上面的基础上,我们将观测条件变一下,将观测段移到电子通过挡板之后,也就是说,在观测前,不管电子它是选择单独通过一个缝隙,还是同时通过两个缝隙,都已经成为事实了,这时候我再来观测,应该不会有什么影响吧?但结果依旧没变,只要观测就没有干涉条纹。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


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


双缝干涉延迟实验之所以恐怖,是因为这个实验的结果,是取决于人们观察还是不观察!你去观察它,就是粒子,你不观察,它就是波!很容易让人们相信:世界是由意识决定的!

就像我小时候经常喜欢奇思幻想,每次进洗澡房关上门,就觉得门外是深山野林,开门后它就是我家……

下面我们将分三个阶段来揭秘这个神奇的实验:

第一阶段,双缝干涉


很早以前,人们就发现了双缝干涉,并分析了它的实验结论。单色平行光通过一条单缝,当它通过双缝之后,双缝就变成互相干涉的两个光源,它们的干涉结果会在屏幕上显示出来。

就如上图所示,两个光源发出的光,因为互相干涉,产生明暗相隔的等间距条纹。

这是怎么产生的呢?唯一的解释就是,光有波的特性,两列相同的波,因为互相干涉,在波峰和波峰叠加、波谷和波谷叠加的地方产生“亮条纹”,在波峰和波谷相互抵消的地方产生“暗条纹”。

第二阶段,粒子

以上看起来没什么出奇的,但是,当人们发现了光子,神奇的事发生了!

科学家发现了光子后,再次研究起了双缝干涉实验。这一次,他们不再发射一束单色平行光,而是每次发射一个光子。

一个光子没什么意义,他们发射了成千上万次,并把每次光子的落点位置都记录下来。奇迹发生了!

单个光子发射了多次并记录下落点位置之后,在屏幕上仍然出现“平行等间距的明暗条纹”。一个一个光子发射,又没有其他干涉,怎么会有条纹呢?

科学家们继续往下探索,更神奇的事发生了!

科学家想观察光子是怎么运动的,就用另一种设备来实验,以确定光子是怎么通过缝的。这时候,屏幕上不再出现平行等间距的明暗条纹了!似乎光子知道自己被观察了,只要有人观察它的运动,它就像粒子一样运动,径直地打在屏幕上。

第三阶段,双缝干涉延迟实验

后来,随着科技的进步,人们有了更先进的实验设备。有人提出,如果等光子通过了双缝,再用高速摄像机观察,结果将会是怎样?

有人做到了,结果是就算是等光子通过了双缝,再去观察,屏幕上的明暗条纹仍然会消失。如果把高速摄像机拿开,屏幕上就出现明暗条纹。只要有人观察,它就是粒子,不观察它就有波的特性。

物理学家波尔曾说,光子具有波粒二相性,但它们不可能同时拥有这两种特性,只能在特定时候拥有其中一种特性。至于是哪种特性,竟是基于人们是否观察它!波尔还得出结论,世界是由意识决定的。

科幻小说《三体》里,地球的科学被锁死,是因为三体星人派来的有自我意识的智子,扰乱粒子对撞实验,使得物理研究无法取得突破。不禁让人联想,是否有高级文明,藏在光子里,影响双缝干涉实验的结果?

双缝干涉延迟实验的结果虽然让人匪夷所思,但我们还是得相信科学。科学界里还有很多类似的不解之谜,之所以未解,是因为当前的条件还不足以从更深层次去观察。清楚自己的极限,这是真科学。


二占占


最恐怖的是,如果我们承认例子是幽灵,有生命。那原先的许多哲学的,化学的,物理的科研都坍塌了。

可是不承认他是幽灵就解决不了。承认是幽灵,就会变成神经病。

有人说,好多人没读过《孟子》,《论语》。为什么要辱骂孔孟?

更多的人理解不了这个世界上有幽灵,所以不敢,也不能去承认。

常人不敢承认。如果承认了,恶有恶报呀!这些年做的坏事还不起呀!更惨的是将来不能做坏事了,恐怖死了。

科学家不敢承认,承认了这些年就是给宗教打工了。还啪啪打脸。


一轻子


双缝干涉延迟实验最恐怖的是它得出了“我们可以在一件事情已经发生后再来决定让它应该怎样发生”的结论,这不就是未来决定了过去嘛!

双缝干涉实验大多数人都很熟悉,上高中的时候就会接触这个实验。当时物理学家托马斯杨做该实验目的是为了证明光的波动性,并且也成功的得到了有力证据-自我干涉条纹。随着时间的推移,科学家的重点关注到“光子到底是通过了哪条缝隙”的问题。哥本哈根学派给出的解释是:光子既不是通过左缝,也不是通过右缝,而是同时通过了两条缝隙。这种说法在当时看来是很天马行空的,爱因斯坦第一个站出来反对。戏称为“上帝掷筛子”。

而双缝干涉延迟实验就是在上述实验的基础上提出的。1979年为纪念爱因斯坦诞辰100周年而在普林斯顿召开了一场讨论会,会上约翰·惠勒提出了“延迟实验”的构想。

光子从光源S出发,量子随机性可能通过一路径或者二路径。如果在终点处没有插入呈现四十五度角的半透镜B,那么光子就是从路径1或者路径2来的,从而在接收器R1或者R2处接收到;但是在插入半透镜B后,产生了自我干涉条纹,光子同时经过两条道路。假设有一个恰好的时间点如上图,在光子经过反射镜A或者B后在插入半透镜B,结果依然是会产生干涉条纹。

结论就是;已经确定的过去是光子从1路径或者2路径过来,但是在插入半透镜B后,光子是从1和2同时过来。这就是未来改变了过去。大多数人看了这都是很诡异的事情。

在简单地说就是宇宙虽然已经演化了上百亿年,但是是在我们观测后才确定的。也就是说我们的观测参与了宇宙的历史或者说是过去。忽然想到了《星际穿越》,其中的桥段是否也是有这样的思想哪?


简单回答可能对实验理解的不是很到位,你们关于延迟实验有什么样的看法哪?


科学黑洞


双缝实验一点都不恐怖

通过两个双缝实验。我就可以得出一个和现在的主流结论不同的结论。

好……现在我们来对比两个实验。

第一个是水波双缝实验

在空间中“注满”水,开始实验,有干涉条纹。

第二个实验是发射单个电子,也有干涉条纹。

设:第一个实验是→空间中充满水+单点触发放射波动=干涉条纹

得出第二个实验→干涉条纹=单个电子+空间中充满某种物质(类似暗物质)

也就是说,没有所谓的玄学,什么观测塌缩。

而是未知项,也就是空间中的那个物质。

有物质才有空间,没有真正的真空。

设:干涉条纹=x+y

通过水波双缝实验

我们得出:干涉条纹=单点激发水波+空间中充满水(这里的空间=平面,水平面)

然后是电子双缝实验,也有干涉条纹

干涉条纹=干涉条纹

所以电子双缝实验=发射单个电子+空间中充满“水”(这里的“水”是比喻,是某种物质,列如:暗物质)


永恒之帅


双缝干涉实验我觉得是因为人类无法捕捉光子并且无法单独发射一个光子导致的人类误判,

假如只有一个光子的双缝干涉实验,并且能够捕捉到该光子的轨迹,那么就会发现其实光子要么左缝穿过要么右缝穿过,不会同时穿过双缝的。

光是波粒二象性的,又是电波又是颗粒,但我认为人类在这里犯了一个错误,我认为光是带有轨迹的粒子而已,所有的一切的波其实都是具有运动能量运动趋势运动规律的粒子,在波的形成过程中是粒子的运动,当波在空气中传播时由于有其他粒子的撞击干涉导致波的速度波的能量在衰减,这个撞击干涉类似于打桌球,所以波能够减速能够改变方向比如镜子改变了光波的方向有折射,其实声音同样有折射。而光能在真空中传播为什么声音不行呢?其实声音希望能够在真空中传播,只要能够发射声音的粒子到真空中,由于声波是波浪形的,需要的粒子非常多,才能够让接收者产生震动感受到声波,所以实质操作是非常困难的,而光子是直线传播的,所以只有几个光子在真空中由于基本没有阻碍所以基本没有速度衰减,其实真空不是真的真空,光速还是有衰减的,只是这个误差太小,光速太快,目前的仪器没有办法检测到衰减而已。而光在空气中传播有空气的阻碍为什么光速还是不变呢?我认为仍然是有衰减的,比如浓雾下光就变弱,一素光投射到一面墙上中间隔着浓雾光的亮度就变弱,由此就可以知道有一部分的光子被挡住了,只有剩下的光子投到了墙上,可以猜测光子是非常小的粒子,可能远远小于原子,可以在原子与原子之间的空隙中穿过,甚至光子也不是真的作直线运动,而是做非常微小的抖动运动绕过原子。

再来说说相对论中的时间快慢,相对论的其他人的理解是一个人在运动的车上带着的手表的时间过的比这个人带同样手表在一个地方原地不动更慢,而这假设成立的条件是光速不变,而光速如果我上面猜测没错的话光速是会衰减会变慢的,所以相对论就不那么对了。

关于黑洞我的理解并不是一个超大质量的超小物体引力大的连光子都逃不掉了,而是黑洞其实是一个速度超级无敌快的旋转的未知大小的物体,比如地球也在旋转,所以地球上的空气就逃不掉,但因为地球旋转的不够快所以没办法束缚住一些超级轻超级密度小或者超级质量小或速度超级快的物体或粒子,所以进入黑洞里面是有可能的,那就是要有比黑洞旋转速度更快,目前来看不可能。

关于虫洞,目前我所接触到的网上说的冲动类似于一张纸当成是一个宇宙,如果沿着纸从纸的一端宇宙飞到纸的另一端宇宙那么时间非常久,当把纸卷起来后,随便压纸,凹陷的地方便成为了虫洞,而这其实用血红细胞来说明其实更形象,所以宇宙就类似于一个有着无数多个未知虫洞的血红细胞。而我们难以发现虫洞是因为虫洞的地方空间发生了扭曲,为什么扭曲了?其实并没有扭曲,只是虫洞的地方压力更大光线产生了变形,而人类还以为光线没有变形所以就没发现虫洞。

引力波是什么?其实就是变形的宇宙中的变形被检测到了。引力波的发现是虫洞发现的一大进步基础,发现了引力波之后就是发现虫洞,发现了虫洞以后星际旅行可能1400光年的星球只需要几年就可以通过虫洞到达,不过还要先了解虫洞产生的规律,所以我们所处的宇宙其实很有可能就是一个超巨人的一个细胞,说不定还是他的血红细胞,银河是这个细胞的一个dna或者rna片段或者就是一条dna。

太阳系有九大行星水金地火木土天海冥,像不像一个原子的核外电子?太阳是质子,九大行星是电子,中子哪里去了?可能是阳光。


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