量子的感知能力——超越时间与空间 10

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第11篇

昨天我们谈了“量子纠缠”，量子纠缠告诉我们“波函数”有超越空间的感知能力，就像你左鞋和右鞋之间的关系，无论两者距离有多远，一只鞋出现变化，另外一只相继会迅速相应变化。

今天我们谈谈，量子力学中的延迟选择证明了波函数有超越时间的感知能力。

量子力学中确实有很多专业词汇，其实我们并不需要刻意了解它们，我们只需要把他们当作黑箱即可，而我们真正要学习的是量力学中奇妙的现象以及哲人的思想。

还记得吗，我们开篇讲过，20世纪初的时候，人们一直在思考一个问题，那就是，光到底是粒子还是波。为了找到真相，所以决定做一个实验，而这个实验就是经典的托马斯杨的“双缝干涉实验”。

实验的过程如下：

我们先做一个理论假设：

用一个发射光子的机枪对准双缝发射，假如光束是由粒子组成，那么当光穿过双缝时会留下两道杠。因为两个缝隙一边一个，肯定是两道杠。

但如果光是由波组成的，那么屏幕会形成干涉条纹，这个水波穿过缝隙形成的干涉条纹一样（波峰与波峰之间强度叠加，波峰波谷之间正反抵消，最终会在屏幕会形成斑马线一样的干涉条纹）

好，我们开始做实验.

第一次实验把光子枪对准双缝发射，结果是标准的斑马线（干涉条纹），那证明光是波。

第二次实验把光子枪改为点射模式，每次只打一个光子，但是经过一段时间的积累之后，会出现干涉条纹。

等等，这个问题有点严重，明明两个缝隙只有一个缝隙有光子，那么为什么会有干涉条纹呢？

难道是光子与自己干涉了吗？

这就是量子力学中的第一个定律——叠加态原理。

第三次实验，在屏幕前加入两个探测器，在两个缝的左右一边一个。用来查看光子是从哪个缝隙过去的。

结果发现，光子确实只有从左边缝隙或者右边缝隙单一通过。

可奇怪的是，当一段时间积累之后，屏幕上却留下了两道杠。这又表明光是粒子。

为什么用探测器观测了，就由斑马线变成了两道杠了呢？

这就是量子力学中的第二个定律——观察者原理，也就是当你观测就会引起叠加态的坍缩。

而这个问题正好让爱因斯坦提出了“光量子假说”也就是“波粒二象性”即光既是粒子，又是波。

光在传播的时候是波，在测量的时候是粒子，注意波粒二象性只是性质不是本质。

到这里为止，所有的疑问貌似可以解释，不就是观察的时候光就是粒子，不观察的时候就是波。

但几十年后，发生了一件让整个经典物理学动摇的事情，那就是1979年惠勒提出的延迟选择实验。

他们继续重复原来的双缝干涉实验，只是这次只有屏幕没有摄像头，而他们测量的手段就是计算好光子快要到屏幕的时间，然后在快要到屏幕的瞬间加上探测器，结果无论探测器速度有多快，只要加上屏幕上一定是两道杠。

反之，如果在一开始有探测器，在光子快要到屏幕的瞬间撤掉，哪怕在最后一刻撤掉，屏幕上一定是斑马线。

但是探测设备是在光子穿过缝隙之后才对光子造成的影响，但却能影响光子穿过缝隙时的状态。

理论上，穿过前是因，被探测后是果，经典物理学认为，因能决定果。

但是在这个实验中，果却能决定因。

难道在微观世界中，未来能改变过去吗？

惠勒说，咱们设想有一个距离地球十亿光年的星系，它的星光被爱因斯坦引力透镜给分成了两束，各自到达地球。这就好像是一个杨氏双缝实验。

如果我们单独看其中一束星光，那个星光就是作为粒子走过来的；如果我们弄个分束器把两束星光合成在一起，那些光子就是作为波走过来的，对吧？

可是这岂不是说，我们现在要不要上分束器的这个选择，决定了光子十亿年前离开星系时候，要做波还是要做粒子？难道就取决于我们？

好，今天先谈到这里！