為什麼有人說雙縫干涉延遲實驗的結果很恐怖?

科學探秘頻道


答案是確實很恐怖,首先這個雙縫干涉的實驗很多人都聽過,但我想大多數人都不明白這個實驗的意義所在,所以我就儘量以通俗的語言進行解釋。

現在有一支點燃的蠟燭,還有一張開了小孔的紙,如果我們把紙放在蠟燭的前面,蠟燭的光會通過紙上面的小孔,傳播到紙的另一面。

如果我們再取一張紙,將這張紙放在第一張紙的後面,並且在這張紙上開兩條平行的細縫。

你會發現透過小孔的光,穿過第二張紙的兩條細縫之後,會在兩條細縫後面出現明暗交替的條紋。那麼這就是著名的雙縫干涉實驗,可能你們會說這個實驗好像沒什麼,但實際上並不是這樣。

如果我們在兩條細縫的後面,裝上兩個粒子探測器,當粒子探測器工作的時候,我們就知道哪些粒子,是從哪條縫隙中過來的。

但科學家們在做這個實驗的時候,發現了一個難以置信的結果,就是當他們打開探測器,獲知了粒子到底是從哪個縫穿過來的時候,干涉條紋就消失了。

而如果關閉探測器,不知道粒子是從哪個縫隙穿過來的時候,干涉條紋又出現了。

這個結果非常的有意思,因為按照理論上來說,當粒子穿過兩條細縫的時候,不管它受到了什麼樣的干擾,它的結果應該只有一種。

但這個實驗卻改變了這個常識,因為人們一旦獲取了粒子的傳播途徑,就會改變粒子最終的成像結果。

這就好像粒子具有意識一般,當它知道人類在觀測它的時候,它就變成一種狀態,當人類不觀測它的時候,它就轉換成另外一種狀態。

所以這就是難以置信的地方,雙縫干涉的實驗就是這麼的神奇……


種植恆星


現在的雙縫干涉實驗是普通高中物理的基本實驗。可誰曾想到就是如此簡單的實驗,將人類徹底帶入到反常識的量子力學中。

最早的雙縫干涉實驗是托馬斯•楊在1807年做的,在此之前,人們對光的認識受到了牛頓權威性的制約,普遍認為光是一種極小的微粒。

而楊氏雙縫干涉實驗發現光具有干涉性,這就意味著光也具有波動性。

1905年,愛因斯坦等人提出來光的波粒二象性,認為光既有粒子性也同時具有波動性。

到20世界初,科學家還普遍認為只有光才具有波粒二象性。後來科學家還做了電子的干涉實驗,這個實驗才徹底改變了物理學家對微觀世界的認識。

那時候,物理學家認為光具有波粒二象性也就算了,畢竟人類對光都研究兩千多年了,得出這樣的結論也是實驗結論。

可科學家從來都是認為電子只是普通的粒子,如果說電子也具有波動性,那真是讓人難以接受。

電子的雙縫干涉實驗證明:電子在不被觀察時,會同時經過兩個細縫抵達光屏,並呈現出明暗相間的干涉現象。

可是科學家想不通,於是在雙縫後面強行加了一個探測器,就要弄清楚一個電子到底是經過哪個細縫的。

可是結果很詭異,只要你觀察電子的行為,就貌似被電子得知了,它就變得老老實實地只經過一個細縫,但是結果就是光屏上明暗相間的干涉條紋消失了。

這是最令人瞠目結舌的地方,觀察行為居然可以決定電子的雙縫干涉實驗。

這個結論就相當於:做一個自由落體的實驗,觀察物體下落的過程和不觀察此過程會出現截然不同的結果。

正是由於電子雙縫干涉實驗,一些別有用心得人宣稱這恰恰證明了人的意識可以左右宏觀實驗的規律,從而佐證唯心論。

其中這種想法早就被物理學家駁斥了。因為影響電子的行為是觀察者會發出光子用於偵查電子軌跡。光子打到電子上會導致電子吸收能量而改變動量和位置。

就好像你永遠測不準動量和位置信息。動量測的越準,其位置信息也模糊。一開始人們認為這是由於實驗儀器的精度導致的,所以中文也簡單粗暴地譯為“測不準原理”。

事實上,這並不是由於實驗儀器導致的誤差,而是微觀粒子的內稟屬性,更合適的翻譯應為“不確定性原理”。

所以現在很多教材為了避免誤導學生,也修改了“測不準原理”的翻譯,改為“不確定性原理”。

電子的雙縫干涉實驗第一次讓人類直觀感受到微觀世界的反常識之處。此後,微觀世界各種反常識現象層出不窮,比如量子糾纏。人們現在也漸漸習慣了量子力學的反常態現象了。


科學認識論


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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打一個大家都能理解的比方,這個實驗得出的結論差不多是這樣:

現在有一堵牆,牆上有兩個門。(雙縫)

往這堵牆的方向丟一個球。(光子)

詭異的事情來了,按照宏觀世界的認知,這個球,要麼通過第一個門,要麼穿過第二個門,要麼打在牆上。但是我們通過這個實驗發現,這一個球,同時穿過了兩個門。

一個球,同時地,不是先後,而是同時的,也沒有分身地,穿過了2個門。

是不是很驚悚?更詭異的事情在後面。

當人們往門上面裝攝像頭的時候(直接觀測),這個球,只會通過一個門。

彷彿他有意識一樣,知道你在看它。

這個詭異的實驗結果,直覺上反科學一樣的存在,但是無論多少次重複的實驗結果都是一樣的,這直接粉碎了經典物理學大一統的夢,當時有物理學家因為顛覆了世界觀,直接自殺了。

當然這也物理基礎理論新的曙光。量子力學是當今世界上最重要的物理學理論之一。


電動勢2


我不知道回答裡那幾個認證為科普的大V是不是假貨!

但凡說光的干涉實驗不可想象,匪夷所思啊,意識決定形態啊什麼的,完全就是對基礎科學的一知半解,或者乾脆去網上覆制粘貼了一篇!

光的干涉實驗驗證的是光的波效應,而與此同時,投影實驗又證明光具備粒子效應。

也就是說,光同時具備粒子與波的效應,但光的具體表現形式是什麼,是一會粒子一會波還是波粒一體呢?不知道!因為我們看到光的時候,只不過是光表現出來的某個階段,也就是說我們看到的只是其中一部分,而真正是什麼狀態則因為技術不夠,無法確定,即量子的不可測定理論,薛定諤為了讓普通人能夠理解,於是殘害了一隻貓,放進了一個有毒氣的箱子裡,即薛定諤的貓理論,因為我們不知道箱子裡的毒是否能夠毒死貓,也不知道毒死貓需要多久,因此貓到底是死是活,在我們打開箱子前是不確定的!

同樣,光的干涉實驗中,確定光線來源的設定,其實就是認定了光的粒子特徵,卻要讓光呈現波的特徵,也就是把死貓放進箱子,卻試圖證明貓是活的一樣!

所以,光的干涉實驗僅僅只是證明光的波特徵而已,不能理解,匪夷所思等等,只不過是自己把自己限制在井底,卻妄圖證明天其實就井口那麼大而已!

對了,至於光到底是什麼形態這個問題,因為基礎設備的等級不夠,我們不能觀察到,即我們現在沒有能夠看透箱子材質的儀器,因此我們現在不能確定薛定諤的貓是是死是活,也就不能確定光到底是什麼狀態了!因此,在二十世紀中葉,科學界認可了光的波粒二象性!


Double豆科技


相對論和量子論是現代物理學的基礎,但這兩個跨時代的理論早在上世紀初就構建完畢了


20世紀初,物理學界對於光的波動學說和粒子學說已經爭論了幾百年了,愛因斯坦聯合普朗克一起提出了光量子學說,認為光在傳播過程中呈現波的形態,與物質相互作用時呈現粒子的形態,這種被稱為“波粒二象性”的解釋得到了物理學界的一致認同。

後來科學家們利用楊氏雙縫實驗,在點光源後面放一張擁有兩條狹縫的紙,這時候點光源的光穿過狹縫就會變成一串明暗交替的條紋,這便是證明光量子學說的干涉條紋。

在證明光擁有波粒二象性之後科學家利用電子也進行了雙縫實驗,發現電子等微觀粒子同樣具有波粒二象性,再後來隨著技術的進步,科學家們開始用儀器發射單個電子來進行雙縫干涉實驗,這時候發生了第一件怪事:

單電子雙縫實驗的結果竟然和之前的電子雙縫干涉實驗結果完全相同


之前的電子雙縫干涉可以產生明暗交替的條紋,單個電子竟然也能產生干涉條紋,但儀器明明就只發出了一個電子,它能和誰幹涉呢?這個結果就像是一個足球同時進了兩個球門一樣匪夷所思,科學家們下定決心要揭開單個電子干涉條紋的秘密,於是就有了更加匪夷所思甚至恐怖的“雙縫干涉延遲實驗”

延遲實驗的精髓就在於記錄電子在穿過雙縫後的樣子,由於只有單個電子,所以它穿越任何一條縫隙都能被直接看到,因此屏幕上的波態干涉條紋消失了,取而代之的是粒子態的痕跡,而一旦把記錄電子軌跡的機器關閉,那麼明暗條紋就會馬上出現,一旦開啟機器明暗條紋就會馬上消失。



雙縫干涉延遲實驗表明:微觀粒子的形態取決於人的觀察,被觀察的時候呈現出粒子的狀態,不被觀察時呈現波的狀態,微觀粒子就像有“生命”一樣可以感覺到人類的存在,因此雙縫干涉延遲實驗才讓很多人感到恐懼


宇宙探索未解之迷


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


雙縫干涉延遲實驗之所以恐怖,是因為這個實驗的結果,是取決於人們觀察還是不觀察!你去觀察它,就是粒子,你不觀察,它就是波!很容易讓人們相信:世界是由意識決定的!

就像我小時候經常喜歡奇思幻想,每次進洗澡房關上門,就覺得門外是深山野林,開門後它就是我家……

下面我們將分三個階段來揭秘這個神奇的實驗:

第一階段,雙縫干涉


很早以前,人們就發現了雙縫干涉,並分析了它的實驗結論。單色平行光通過一條單縫,當它通過雙縫之後,雙縫就變成互相干涉的兩個光源,它們的干涉結果會在屏幕上顯示出來。

就如上圖所示,兩個光源發出的光,因為互相干涉,產生明暗相隔的等間距條紋。

這是怎麼產生的呢?唯一的解釋就是,光有波的特性,兩列相同的波,因為互相干涉,在波峰和波峰疊加、波谷和波谷疊加的地方產生“亮條紋”,在波峰和波谷相互抵消的地方產生“暗條紋”。

第二階段,粒子

以上看起來沒什麼出奇的,但是,當人們發現了光子,神奇的事發生了!

科學家發現了光子後,再次研究起了雙縫干涉實驗。這一次,他們不再發射一束單色平行光,而是每次發射一個光子。

一個光子沒什麼意義,他們發射了成千上萬次,並把每次光子的落點位置都記錄下來。奇蹟發生了!

單個光子發射了多次並記錄下落點位置之後,在屏幕上仍然出現“平行等間距的明暗條紋”。一個一個光子發射,又沒有其他干涉,怎麼會有條紋呢?

科學家們繼續往下探索,更神奇的事發生了!

科學家想觀察光子是怎麼運動的,就用另一種設備來實驗,以確定光子是怎麼通過縫的。這時候,屏幕上不再出現平行等間距的明暗條紋了!似乎光子知道自己被觀察了,只要有人觀察它的運動,它就像粒子一樣運動,徑直地打在屏幕上。

第三階段,雙縫干涉延遲實驗

後來,隨著科技的進步,人們有了更先進的實驗設備。有人提出,如果等光子通過了雙縫,再用高速攝像機觀察,結果將會是怎樣?

有人做到了,結果是就算是等光子通過了雙縫,再去觀察,屏幕上的明暗條紋仍然會消失。如果把高速攝像機拿開,屏幕上就出現明暗條紋。只要有人觀察,它就是粒子,不觀察它就有波的特性。

物理學家波爾曾說,光子具有波粒二相性,但它們不可能同時擁有這兩種特性,只能在特定時候擁有其中一種特性。至於是哪種特性,竟是基於人們是否觀察它!波爾還得出結論,世界是由意識決定的。

科幻小說《三體》裡,地球的科學被鎖死,是因為三體星人派來的有自我意識的智子,擾亂粒子對撞實驗,使得物理研究無法取得突破。不禁讓人聯想,是否有高級文明,藏在光子裡,影響雙縫干涉實驗的結果?

雙縫干涉延遲實驗的結果雖然讓人匪夷所思,但我們還是得相信科學。科學界裡還有很多類似的不解之謎,之所以未解,是因為當前的條件還不足以從更深層次去觀察。清楚自己的極限,這是真科學。


寰宇科學新觀察


量子延遲實驗與量子擦除實驗其實都是雙縫干涉實驗的變形,都在試圖更準確的解釋量子力學中的現象。

量子延遲實驗:1979年,在紀念愛因斯坦誕辰100週年的會上,約翰惠勒提出了這個實驗,造成了很大的影響。

雙縫干涉實驗大家都清楚,無論是一起發射多個光子還是在有限的時間內只發射一個光子,這個光子總是同時的穿過了兩條縫隙,然後在後面的面板上產生干涉條紋。

不過,一旦人們進行觀測它到底從哪條縫穿過時,這種量子現象就被破壞,干涉條紋隨之消失。所以,干涉條紋的在與不在取決於觀測。

延遲實驗的結論是,你在現在的行為,將決定過去發生的事情,好像有點因果顛倒的意思,不過接下來再看量子擦除實驗。

上面說到,干涉條紋受我們觀測的影響,於是科學家想到一個點子,在光子剛剛穿過縫隙時,我們把結果記錄下來,比方說通過哪個縫隙,縫隙處就會自動標記光子路徑信息,此時呢,不產生干涉條紋,即現象被破壞了。

但是,當科學家在光子通過縫隙後,卻在撞擊面板之前,就把那些客觀存在的路徑標記信息給擦除了,干涉條紋又再次出現了,其實,在我們主觀意識裡,我們知道光子通過了哪條路徑,只是那些客觀記錄被擦除了而已。

比如薛定諤的貓實驗,用量子延遲實驗怎麼來解釋它呢,可以這麼去解釋,比方說在10點鐘整原子將衰變或不衰變,從而決定貓生死,結果肯定得在10點鐘以後才能知曉。但這個延遲決定可以讓我們在10點鐘以後決定10點鐘整的原子衰不衰變,於是,就在10點鐘以後決定了10點鐘整時發生的事情。

你要說它恐怖在哪裡?恐怖之處在於看了很多遍,想了很久,也想不通到底是怎麼延遲決定的,怎麼可能去決定過去發生的事情呢?想不通,想不通。


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