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如果说什么支撑了我们的宇宙,那么一定是空间加时间这四个维度。
如果说什么支撑了我们的生命,那么一定是时间,如果说什么支撑了时间,那么可能就是因果关系了。
前因后果,有因有果,恐怕是我们所有思考的基本前提。
然而,今天我们谈论的便是一个很可能颠覆因果时间概念的量子实验。
量子擦除器实验
根据量子力学的哥本哈根解释,光子具有波粒二象性Wave–particle duality,而且遵循互补原理Complementarity principle。这意味着,一个光子,在我们观察它之前,它既不是波也不是粒子,处于一种未知的混沌状态;而我们一旦观察,它要么是波要么是粒子,绝不可能两者都是。
先花一点点时间回顾之前的量子擦除器实验Quantum eraser experiment。
光子发射器从左下角五星处发射单个光子队列。
在左侧A图中,左下角的分光器把光子分到上下两个路径,我们在①②两个屏幕上将观察到单个亮点,这是粒子行为。
在右侧B图中,右上角的分光器再次把光聚合起来重新分配,在③④两个屏幕上都会得到衍射图案,这说明单个光子同时经过了上下两个路径,然后和自身发生衍射,这是波的行为。
那么问题来了,假设在左侧A图中,一个光子刚刚通过左下角的分光器,嗯,它觉得沿着下面的路径走比较舒服,就直着过来了,但是,就在它还没走到右下角反射镜的时候,我们以迅雷不及掩耳盗铃之势,迅速的在右上角添加B图中那第二个分光器,请问,这时候,光子怎么想?
我本来好好地一个粒子,开开心心的飞行,MD,不对,我要变成波了!
是的,我们突然插入第二个分光器会把飞行在中途的光子强制变成波!即使它穿过左下角分光器的时候它还是个粒子...
这就好像是做B超时候明明怀孕是个闺女,但临产的时候你婆婆大叫了一声,我要儿子!啪的一下生出来就变儿子了....
闺女儿子是不会乱变的,但在我们的量子实验里面这却是事实。
我是波还是粒子?这个实验最大的问题在于光子何时做出这个选择的。如果说光子在通过左下角第一个分光镜的时候就做出了选择,那么在它之后的飞行中,我们突然在右上角插入第二个分光镜的行为,就促使了光子回到过去,重新做出不同的选择。
后来的我们的动作,决定了之前光子的历史行为。现在决定过去,这才是最诡异的地方。
延迟选择的星际版本
科学家约翰 ·惠勒John Wheeler在1978年就提出了上面的实验,也叫做惠勒的延迟选择实验Wheeler's delayed-choice experiment。
但也许以上实验还不够让人印象深刻,后来他又提出了这个实验的太空版本。
最左侧是一个数百万光年以外的某个恒星,它向右侧地球方向发出光子,而中间是一个质量巨大的星系,根据爱因斯坦相对论,这个星系将导致空间膨胀进而使光线弯曲,这个星系实际上相当于一个巨大的分光镜,将光子分成上下两条路径。
而在最右侧地球上的我们,设置两个望远镜分别对准上下两条光线通路,那么每个望远镜将观察到作为粒子性质的光子,不会发生干涉图案,因为光子或者从上面绕过来,或者从下面绕过来。
但是,如果我们改用分光器把上下两个方向来的光线合并,就是把量子信息擦除重新混合,会发生什么?是的,我们可以再次得到光子自身的衍射图案。
这意味着什么?我们现在的观察方式决定了数百万前光子行为的选择!只要我们换一种设备换一种看法,那么即将飞行到达地球的光子必须时间逆流回到数百万年前重新换一种出发形式。
现在的观察,决定了光子数百万年前的选择。
结语
光子必须做出选择吗?
从理论上来说,是的。作为粒子一路旅行过来的光子是无法产生衍射图案的,必须是波才行,而我们的观察方式要求光子必须立即变为波并且发生衍射,是的,光子也很为难啊,它必须满足现实实验结果,时间倒流回到过去改变身世。
科学家们也提出了一些其他解释,但这些解释往往都和经典的哥本哈根解释相矛盾,也不能让学术界达成真正的一致。
一个可能的解释是承认光子一直都具有波和粒子属性,而我们的观察方式决定了我们只能获得其一,然而这就要解释为什么我们的观察方式出了问题,出了什么问题。
世界是量子化的,本质是概率性不确定的波函数,是波粒两种属性的混沌体,或许我们的空间根本就不是三维的,或许时间本来就不存在,或许量子只是更高维度某种物质在我们时空的一种投影。
当科学遇到了量子力学,人类才算真正接近了宇宙真相。
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