現在的行為可以改變歷史?惠勒延遲選擇實驗到底是怎麼回事?

最近看到一個很有意思的實驗,叫做惠勒延遲選擇實驗。這個實驗證明,“歷史”是可以被現在的行為影響的。

那麼這個實驗到底是怎麼一回事呢?

惠勒延遲選擇實驗

1979年,為紀念愛因斯坦誕辰100週年,科學家惠勒提出的思想實驗,對量子力學的一些基本問題進行探討。

實驗裝置並不複雜,概述而言,如下圖所示:

現在的行為可以改變歷史?惠勒延遲選擇實驗到底是怎麼回事?

首先光子發射器發射光子。光子到達半反半透鏡之後,有50%的可能會被反射到下方,再經過下方的全反鏡反射之後到被探測器B接收;當然也有50%的可能會不發生反射,直接穿透過去,經過上方的全反鏡反射後被探測器A接收。

那麼這個實驗結果是什麼樣子呢?

根據量子力學的觀點及後續的實驗,人們發現:

通過這個實驗裝置的多次實驗,結果A和B只有一個探測器會發生反應(亮)。也就是說,光子要麼被半反半透鏡反射,經過下方的路徑被B接收;要麼就直接穿透後經過上方的路徑被探測器A接收,絕不會同時走兩條路徑被AB同時接收。這也就說明光子在此時表現出了粒子性。

後來,惠勒提出,可以在兩束光交叉的位置,再加一個半反半透鏡,來再次重複實驗。

現在的行為可以改變歷史?惠勒延遲選擇實驗到底是怎麼回事?

經調整後,實驗裝置如上圖所示。

加了一個半反半透鏡②之後,從左邊過來的光子可以繼續往下走,也可以往右走,從上面過來的光子也是如此。這個時候我們可以通過調節,使這兩束光干涉。

現在的行為可以改變歷史?惠勒延遲選擇實驗到底是怎麼回事?

按照光的波動觀點,在B的位置,我們可以使得這兩束光總是反相位疊加,這個地方就沒有光,A的位置通過調節,可以使得這兩束光總是同相位疊加,從而加強光。

這樣一來,我就可以保證探測器B一直都是無反應,而A一直都是有反應的。一個光子,通過調整半反半透鏡②可以發生干涉效應,這就說明光子一定是同時走了兩條路,只有發生了干涉,才會產生這樣的結果。

所以,這個時候,光子就呈現了波的特點,體現出波動性了。

這就說明,加不加半反半透鏡②是會影響到實驗的結果。這其實也恰好印證了所謂的互補原理(波爾提出,就是說波動性和粒子性是互補的,你的探測結果會決定了這個離子表現出波動性還是表現出粒子性)。

目前為止,這都是一個很常規的實驗,並沒有什麼特別的,但是接下來發生的事情就很可怕了!

如果我們在光子通過半反半透鏡①之後,再加入半反半透鏡②又會發生什麼事情呢?

在沒有加入半反半透鏡②時,光子通過半反半透鏡①,按實驗結論應該呈現粒子性,光子會選擇其中一條路徑,最後被探測器A或探測器B接收到。這一結果應該在光子通過半反半透鏡①時就確定了的。

但實際上,當光子經過半反半透鏡①後我再加入半反半透鏡②,其結果是A一直有反應,而B沒反應。也就是說加入半反半透鏡②之後,光子呈現的性質從粒子性轉變成了波動性,發生了干涉效應。

但是,性質在一開始經過半反半透鏡①時就確定了,結局卻更改了這一性質。這說明了什麼?加入半反半透鏡②這個現在的行為,改變了已經發生的歷史。

這個實驗現象讓惠勒對量子力學的正確與否存在疑問。

對於這個問題,根本哈根學派認為,這個裝置加不加半反半透鏡②完全是兩個不同的實驗,所以提出的這個問題是沒有意義的,從實證角度來看,實驗只需要關注實驗結果,不問實驗過程,不看因果律。當然,還有一些理論,比如系綜理論,多宇宙詮釋,路徑積分等都可以去解釋它,但是直到目前也沒有一個統一的認識。

通過這個實驗我們能看出來,宏觀世界人們所遵從的因果律,可能在微觀世界是不大一樣的,至少在微觀世界裡,量子層面上,過去、現在和未來,可能並沒有那麼大的界限。


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