之前文章中我講解了單電子的雙縫干涉，其中主要講解了微觀粒子具有的疊加性和波動性，但是不少網友表示無法接受“疊加態”這種說法。的確！一個微觀粒子同時處於多個位置，這聽起來非常難以接受，因為我們長期生活在宏觀世界，感受到的都是宏觀世界積累下來的直覺和經驗，但是微觀世界卻與我們的宏觀世界大大的不同，這一時間很難接受也很正常。不過今天我要再談一個實驗：量子延時實驗，這個實驗不僅僅說明量子世界的疊加性和波動性，還挑戰我們的“因果律”。
這個實驗不是用電子來做實驗，而是用光子來做，具體的做法也比較簡單，讓一束光通過一個半反半透鏡（半反半透鏡的功效就是光來後要麼透射過去，要麼反射過去，到底屬於哪種情況是微觀裡面的隨機事件），那麼光有可能透射過去走路線A，也可能反射到上面走另一條路線B，雖然光分成了兩條路線，但是我們可以在兩條路的末端各用一個全反射鏡（全反射鏡就是光過來只可能反射不可透射）讓這兩束光再次匯聚到一起，然後看著兩束光的干涉情況，如下圖所示，其中終點部位就是兩束光匯聚的位置。
由於一束裡面包含很多光子，所以當光通過半反半透鏡時，其實就會兵分兩路，一路走路線A，一路走路線B，然後由於兩條路線末端都有一個全反射鏡在等著它們，所以兵分兩路後的兩支隊伍，又會最終匯合到一起，這非常好理解。
下面我把實驗繼續改進下，就是在終點部位加兩個探測器A和B，只要探測器接收到光子就會亮。假設此時我還是打一束光過去，做剛剛的實驗，那麼實驗的圖像就可能是下圖所示，大家可以想象下，如果是一束光出去，然後最終探測器A和B，到底誰會亮？
其實由於一束光出去，雖然最開始兵分兩路，但是兩路兵後面都有一個全反射鏡等著，所以兩路兵會再次相交，但是請注意相交併不意味著干涉，兩路兵會各自通過對方繼續向前走，走向末端的探測器，所以此時探測器A和探測器B都會亮，到此為止還是很好理解。
下面我再改進下實驗，此時我不打一束光了，我一次只打一個光子（別問我如何做到一次只發射一個光子，現在的技術早就可以做到了），請問此時探測器A亮還是B亮？其實由於此時只有一個光子，所以無法再兵分兩路了，也就是50%概率走上面路線B，50%概率走下面路線A，最終也就造成50%概率探測器A亮，50%概率探測器B亮。所以比如你突然打一個光子過去，可能A亮，再打一個過去可能B亮，連續打1000個光子過去，最終統計結果會發現A亮和B亮次數基本一致，也就是各佔一半左右，到此為止還是很好理解對不對。
我再繼續改進實驗，此時我在終點（也就是兩束光再次匯聚處）再加一個半反半透鏡，如下圖所示，然後我這次先打一束光（暫時不只打一個光子），請問到底是A亮還是B亮？
其實這裡我要給大家補充一個知識，光每經過一次反射相位都會反向錯位，你可以不用懂這個相位的含義，總之實驗結果會發現，探測器B永遠亮，A永遠不亮，為什麼呢？因為此時我是打的一束光，不是打一個光子，所以光會兵分兩路，然後經過全返鏡再次匯聚時由於又多了一個半反半透鏡，所以兩束光又會再次兵分兩路。請注意這次是兩束光兵分兩路，不是一束光兵分兩路，所以此時會分出四束光線，其中兩束走到探測器A，另外兩束走到探測器B，由於此時是兩束光同時往一個方向走，滿足波的干涉條件了。
但是滿足干涉條件，為啥探測器A就會出現干涉相消導致不亮，探測器B會干涉相漲從而變得更亮呢？大家可以仔細想想探測器A和探測器B各自所接收到的兩束光。其中探測器A接收到的兩束光，第一束光只經歷了一次反射，相位只變一次，而第二束光卻經歷了三次反射，相位變了三次，所以使得這兩束光剛好形成干涉相消，光直接就被消沒了。但是我們看探測器B你會發現，它接收的第一束光經歷了兩次反射，第二束光也是經歷了兩束反射，所以它的兩束光可以說任何時候都是一模一樣，因而出現了干涉相漲，所以探測器B變得更亮，到此為止，還是在我們常規理解範圍內。
我再繼續改進實驗，這次我不打一束光了，我只打一個光子，如下圖所示，然後等光子到達終點後，再繼續打下一個光子，連續打1000次，請問探測器A亮的次數，和探測器B亮的次數，是否大致一致？
按照常規來說，一次只打一個光子，光子第一次遇到半反半透鏡應該會隨機一條路走，等光子走到第二個半反半透鏡時，再隨機選擇一條路走，最後到達探測器A或者B。所以一個光子其實經歷了兩次概率50%的隨機選擇，所以我們理論分析，這種情況下打1000個光子，探測器A和B亮的次數應該大概一致才對。
可是我要告訴你的是，這種情況下你去做實驗你會發現，詭異的事情出現了，這1000個光子都讓探測器B亮，A一次都沒亮過！這是為啥？光子遇到半反半透鏡明明只能隨機選擇一條路走，為啥探測器A一次都沒亮？
哈哈，分析到這裡我們才發現，其實要解釋這個問題，只有一種可能：一個光子在經過第一個半反半透鏡時，是同時走了兩條路線，然後經歷第二個半反半透鏡時，再次同時走兩條路線，從而使得探測器A出現干涉相消，探測器B出現干涉相漲，一個光子自己和自己產生了波的干涉，從而出現了剛剛打一束光所應該出現的效果。分析到這裡，其實你如果看了我之前寫的“單電子雙縫干涉”文章，應該很好理解，因為微觀粒子的確具備同時通過兩個地方的能力，如果你沒看前面這篇文章，可以先去看看，可以幫助你理解這個微觀粒子詭異的行為。
到此為止實驗就完了嗎？不，還沒有，我再改進下實驗，這次我依然是每次只打一個光子，還是打1000次（注意每次必須等第一個光子到了終點，才能打下一個），但是這次第二個半反半透鏡先取消掉，我等光子通過了第一個半反半透鏡後，再去馬上加第二個半反半透鏡，請問這次探測器A亮的次數和B的次數，到底是否大概一致？
按照常規理論分析，既然光子都已經通過了第一個半反半透鏡，表示光子已做出了選擇，比如走路線A，做出的選擇已經成為歷史了不可更改，此時我再去加第二個半反半透鏡，等光子到達這個後加的半反半透鏡後，也應該是50%概率讓A亮，50%概率讓B亮，所以實驗結果應該是A和B亮的次數大致相等才對。
可惜我要告訴你，這個實驗做出來後，居然依然還是1000次B亮，A一次都不亮，也就是說一個光子還是出現了同時通過兩條路線的現象！大家別忘記了，我可是等到光子通過了第一個半反半透鏡，才去加的第二個半反半透鏡的，可是光子還是同時通過了兩條路線（也就是路線A和B），這說明光子雖然已經做出了路線選擇，但是我們加透鏡的行為，依然改變了光子的歷史，讓光子重新回到過去做一次選擇：去同時去走兩條路線。我們現在的行為居然改變了光子的過去！！！
分析到這裡，你現在可以體會到量子世界的神奇之處了吧，一旦現在的行為可以改變過去，就意味著我們人類幾千年積累起來堅如磐石的“因果律”被打破了，“過去”是因，“現在”是結果，可是這個實驗卻說明“現在”可以改變“過去”，這不就成了“現在”是因“，過去”是結果了？
以上實驗現象要合理解釋，目前只能說現在的行為改變了過去，其餘解釋都不太給力，所以我們只能暫時把這個改變歷史的現象當成事實，用大偵探福爾摩斯說過的一句話：排除了一切不可能的，剩下的就算再不可思議，那也是事實！
我們的量子世界竟然如此奇妙，讓我們越看越懷疑人生，越看越覺得吃驚，越看越可怕，科學的世界真是無窮無盡的探索，讓我們再次對自然科學表示最誠摯的敬畏。我是《小彭來給您解惑》，如果喜歡我的文章可以關注我，如果對文章有異議可以留言評論。
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