为什么说惠勒的延迟干涉实验才是真正恐怖的实验？！

作者：李春生丨 （书房记特约专栏作者）

，其实，双缝干涉实验并不恐怖！只有无法解释的人才会头疼。参考阅读：《 》 如图，1801年英国医生托马斯—杨的双缝干涉实验。

而另一个实验却所有人都感到恐怖，那就是双缝干涉实验的一个变种，约翰·惠勒的延迟干涉实验。

光子有智慧吗？光子知道自己应该选哪一条狭缝通过吗？结果能够决定起因吗？换句话说，我们能够先死亡，然后再决定这样出生吗？在可是一个大是大非的问题，如果因果律能够违反，那么，人类所有的逻辑都需要改写。这种很像胡说八道的话竟然出自一位物理学家之口，并且还有实验证明，是不是非常恐怖？

结果能够决定起因吗？

由什么实验验证了呢？

我们还是了解一下这位传奇人物。美国物理学家、物理学思想家和物理学教育家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler，1911年7月9日—2008年4月13日），1933年获得约翰斯·霍普金斯大学博士学位，后来投在哥本哈根学派尼尔斯·波尔门下。1937年惠勒提出了粒子相互作用的散射矩阵概念；1939年与波尔和前苏联的弗朗克尔一起提出重了原子核裂变的液滴模型理论；1957年与米斯纳开始发展"几何动力学"；1965年获得爱因斯坦科学奖；1969年惠勒在纽约的一次会议上首次使用"黑洞"一词，提出黑洞无毛的也是他；1968年获得原子能委员会恩利克·费米奖；1982年获得玻尔国际金质奖；1983年他提出了"参与型宇宙"观点；1993年，获Matteucci Medal；1997年获得沃尔夫奖。可以说，惠勒也是当代著名的物理学家。他的这个延迟干涉实验影响力非常大，并没有多少人把他的实验当成一个玩笑。正因为如此，问题比人们想象中要严重得多。客观世界是经典物理学所认为的朴素的还是奇异的，因果律能否被推翻？让我们来看看这个神奇的实验吧。

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，会上惠勒提出了"延迟实验"的构想，惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出，对电子的双缝干涉进行了进一步思考，并指出我们可以"延迟"电子的决定，使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后，再来选择究竟是通过了一条缝还是两条。

这个实验的基本思路是用涂着半镀银的反射镜来代替双缝，一个光子有一半可能通过反射镜，一半可能被反射（请注意半个光子的概念），这是一个量子随机过程，和双缝本质上是一样的。把反射镜和光子入射途径摆成45度角，那么光子一半可能直飞，另一半可能被反射，但是，我们可能通过另外的全反射镜，把这两条分开的岔路再交汇在一起，在终点观察光子飞来的方向，我们可能可以确定它究竟是沿着哪一条道路飞过来……不过，如果在终点处再插上一块呈45度角的半镀银反射镜的话，这就又会造成光子的自我干涉。只要仔细安排"

惠勒后来引用玻尔的话说：任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象，我们是在光子上路之前，还是途中做出决定，这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。更准确地说，光子在通过第一块透镜到我们插入的第二块透镜之间'到底'在哪里，是个什么，是一个无意义的问题，我们没有权利去讨论它，它不是一个'客观真实'！我们不能改变过去发生的事实，但我们可以延迟决定过去'应当'怎样发生，因为直到我们决定怎样观测之前，"历史"实际上还没有在现实中发生过。［曹天元，《上帝掷骰子吗？：量子物理史话》，北京联合出版公司出版，2013年，第234页］，惠勒的结论是可以用结果来决定原因，这完全颠倒了因果逻辑。

在惠勒看来，宇宙的历史可以在它已经发生之后才会决定是怎样发生的，在薛定谔的猫实验里，如果我们也能设计某种延迟实验，我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活，比如说，原子在一点钟时要么衰变毒死猫，要么断开装置让猫存活下来。但如果有某个延迟装置能够让我们能在两点钟时来延迟决定原子是否衰变，那么我们就可以在两点钟这个"未来"去实际决定猫在一点钟时的死活。［曹天元，《上帝掷骰子吗？：量子物理史话》，北京联合出版公司出版，2013年，第234页］

惠勒

按照惠勒的这种思路，宇宙本身有一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情，虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了100多亿年，但某种"延迟"使得它直到被一个高级生物所观察才能成为"真实的存在"，我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程，这就是所谓的"参与性宇宙"模型（The participatory Universe）。宇宙本身没有一个确定的答案，而其中的生物参与了这个谜题答案的构建本身！［曹天元，《上帝掷骰子吗？：量子物理史话》，北京联合出版公司出版，2013年，第234页］人可以改变未来的世界，而这样可以改变历史的人择原理的确让人震惊，但是，这是实验的结果，或者说，是实验告诉我们的事实。

仔细分析这个延迟实验发现存在以下几个问题：

1.粒子的"分身术"问题。对于一束光来说，半透镜50%的通过率只是一种概率，即大约有50%的光通过；但是，对于一粒光子来说，半透镜50%的通过率意味着一个光子被分成了两半，即只有一半光子通过。问题是，一粒光子如何分成两个？是被劈成两半了吗？如果把半镀银的反射镜换成一个有100条狭缝的光栅，那么，这颗光子就会分成100个光子。能量子不是最小的能量单元吗？为什么光子通过半透镜就分成了两个光子？这种反射与透射和牛顿的"一阵容易反射，一阵容易透射"解释有多大区别呢？

2. 惠勒延迟实验的原理和托马斯-杨的双缝干涉实验原理类似（粒子说的理论大都是为了解释双缝干涉实验），都是两个光路上的光产生干涉作用，可以把惠勒延迟实验理解为一个延迟版的双缝干涉实验。双缝干涉实验的干涉现象确凿无疑地证明光是波，而两颗光粒子如何产生干涉条纹？惠勒延迟实验必须解释两条路径的光如何产生干涉条纹的问题。事实上，惠勒的延迟实验和哥本哈根解释、费曼解释或多世界解释一样，只考虑了一颗光子如何同时穿过两条狭缝的问题，而对两颗光子如果产生干涉条纹的问题采取回避态度，原因是根本无法解释产生干涉条纹的形成原理。

3. 我们知道，电磁波产生干涉的条件是两路同频率，同相位（可以想像为同样的齿轮完全重合）的电磁波产生同频率干涉叠加效应。

惠勒认为光是粒子，但是延迟实验中干涉和"相位"（phase）的概念却来自于波动力学，粒子说无法解释干涉和"相位"的本质，当然，惠勒本人也无法解释。按照波动力学，"相位"是对于一个波在特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。相位是描述波形变化的度量，通常以度 （角度）作为单位，也称作相角。根据波动力学，两束同频率、同波长光在"相位"完全重叠时（即波峰和波谷如同齿轮一样分毫不差的叠加），才能产生干涉效应。 惠勒这个延迟版的双缝干涉实验中有个重要的环节，一半的光会被半反射玻璃反射。根据波动说的光的反射原理，当光波在接触反射面时，光波的波峰或波谷的不同"相位"接触到反射面会使 "相位"产生细微的变化，也就是说，两束同频率的光波一束透射、一束经过反射后，两束光波的"相位"发生了改变，虽然波长没变，但两束光波的波峰和波谷的"相位"不再同步了。在延迟实验中，"如果在终点处再插上一块呈45度角的半镀银反射镜的话，这就又会造成光子的自我干涉。

4. 在惠勒延迟实验中，"如果不在终点处插入半反射镜，光子就沿着某一条道路而来，不会发生干涉。"终点处插入的这个半反射镜的作用只是将第一个半反射镜分开的两束光从新汇聚（全反射镜也是这个作用）。当没有产生干涉条纹时，惠勒认为光只穿过了一条狭缝，事实是这样吗？粒子学家们测量光子或电子通过哪条狭缝的方法是在某条狭缝处（事实上会造成堵住一条狭缝的结果）进行测量。我们能否可以换种思路，不在狭缝处进行测量，而是在两条狭缝和屏幕之间的任意位置测量是否有光通过呢？验证方法非常简单，并不需要复杂的测量，我们肉眼就能发现两条狭缝是否有光通过，我们人类不就是标准的有意识的观察者吗？非常简单，在惠勒延迟实验和双缝干涉实验中用有意识的人类眼睛替代屏幕，每个人都能在双缝后面或两条光路上"观测"到光线射出。事实上，在两条路径上同时进行"观测"，在每条路径上都会观测到光，也就是说，无论有没有一个有意识的人的观测，光都将同时经过"两条路径"，而不是因为"观测"导致光"选择"通过某一条路径。也可以说，无论有没有一个有意识的人的观测，波函数都没有坍塌。

简单地说，实验的设计者惠勒在实验的后半段插入或拔出那块半透镜，就相当于接通或断掉这个光路。当半透镜插入，两路光接通，产生干涉。事实上，这块半透镜相当于双缝干涉实验里屏幕的角色；拔出半透镜，两路光各自传播。

但是，这个实验的设计者把自己给骗了！哎呀，你看，光竟然事前知道结果，就像著名的"水知道"。每个光子或电子上都住着一个上帝吗？

问题是，一个粒子怎样同时穿越两条狭缝？两条狭缝的解释都不能自洽，那么，更多狭缝时怎么办呢？例如偏光眼镜有数十万条狭缝，如何解释一粒光子同时穿越了十万条狭缝同时到达了我们的眼睛呢？最重要的问题是，"丑媳妇总是要见公婆的"，无论让量子怎样"掩耳盗铃"绕过双缝选择难题，所有解释双缝干涉实验的理论都必须自洽地解释量子在同时穿过两条狭缝后怎样相互干涉并产生干涉条纹这个终极问题。可惜，没有一个粒子说的理论能够自洽地解释这个简单的问题。

综上所述，目前没有发现任何通过改变结果可以改变原因的证据，惠勒的延迟实验并不能颠倒因果逻辑。通过分析惠勒的延迟实验，我们可以发现意识决定论使几代物理学家误入了歧途，"测量"并不能改变世界，"测量"更不能"创造"世界。掩耳盗铃的思维模式不可能解开宇宙的奥秘。追溯错误的源头，把电磁波看作是实实在在的粒子，才是导致理论物理学发展绕了百年弯路的首要原因。

惠勒延迟干涉实验真正恐怖的地方是科学范式出现问题。现在，物理理论不再是基于客观现实，不再是从自然现象中发现规律，总结出因果逻辑关系，构建理论。现在的所谓现代物理理论是先构建理论，再寻找所谓的证据来验证理论。相对论、量子力学和弦理论不约而同地提出：理论告诉我们能发现什么！问题是，脱离客观事实的物理理论都存在无法消除的奇异性。说白了，就是这些理论严重脱离了客观事实！我们必须回答一个问题，物理理论是为解释客观世界呢？还是需要为每一个物理理论创造一个适用这个理论的世界呢？

一个笑话

一位甲壳虫的新车主看到另一辆甲壳虫停在路边，前盖打开，一位车主站在车旁束手无策。这位热心的车主走过去。"啊！你的汽车竟然没安装发动机？" "看我能不能帮点忙！"

这位热心的车主走回到自己的车并打开后尾箱。"啊！我的车上竟然还有一台备用发动机！"

双缝干涉实验的确是恐怖的，但是，惠勒的延迟实验却是可怕的。人类还处于愚昧状态，这些学者"功不可没"！ 最后，祝愚人节快乐！因为天天都是愚人节！

尤瓦尔·赫拉利指出："尊重知识、听取学者意见很好，但发展到崇拜任何人的程度都很危险，包括崇拜学者。一个人一旦被推崇为先知或权威，他（她）自己都可能信以为真，进而变得骄傲自大，甚至陷入疯狂。对追随者而言，一旦他们信奉某人为权威，便会自我设限，停止努力，只期待着偶像来告诉他们全部问题的答案和解决方法。即使答案是错误的、方法是糟糕的，他们也会通盘接受。"

我们面对（科学先贤们）不朽的理性群碑，也就是面对永恒的科学灵魂。在这些灵魂面前，我们不是要顶礼膜拜，而是要认真研习解读，读出历史的价值，读出时代的精神，把握科学的灵魂，我们要不断地吸取深蕴其中的科学精神，科学思想和科学方法，并使之成为推动我们前进的伟大精神力量。［牛顿，《自然哲学之数学原理》，弁言第5~6页］科学的精神是什么？那就是敢于质疑权威的勇气和对一切事物保持好奇的眼光。智慧从怀疑开始，真正的科学精神是理性、怀疑、批判和实证。终极理论不会是一个全新的理论，它就藏在现有的理论之中，当我们以客观逻辑为工具，就能在错综复杂的观点中找出宇宙真实的脉络。

先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧，他们点亮了一个又一个灯塔，指引着人类的发展方向。没有人的观点全部正确，也没有人的观点一无是处。有些观点后来被事实证明是一个个错误，那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。

我们应当时刻提醒自己，批判性思维是我们避免误入歧途的重要保证。我们身处在同一个宇宙，所以，我们只需要一种可以解析所有疑惑的物理理论，这个物理理论必须没有逻辑矛盾和逻辑缺陷，可以完美的描述我们这个宇宙的运作细节，并以此为基础展望宇宙的未来。真相总是朴实的，真理总是简洁的。有时，对有些问题，我们并不缺乏揭示真相的能力，更多的时候我们缺乏的是面对事实的勇气。

閱讀更多 書房記 的文章

關鍵字: 历史 恐怖 约翰·霍普金斯