
日常生活经验告诉我们,过去发生的事情就是发生了,我们现在的任何行为都不可能改变过去已经发生的事情。这是理所当然的,也是因果律的直接体现。

就好比昨天你的两个朋友同时邀请你打篮球踢足球,你最终选择了跟其中一个朋友打篮球。最终的结果就是你打篮球了,这件事情已经发生了,今天的你无论做什么都不可能改变这个结果。
但是,如果我告诉你,你的确有可能改变过去已经发生的事情,你会怎么想?肯定会以为我是在说疯话。
但事实上,这种事情真的可能发生,起码理论上是可行的。只不过这种看似违背因果律的诡异事情并不会发生在宏观世界,但是会发生在微观世界。
下面就具体来讲述一下怎么回事,从电子双缝干涉实验开始说起,一个让人感到恐怖的实验。

其实这个实验之前我已经科普很多次了,但每次科普完都感觉意犹未尽,今天再来跟大家探讨一下。
实验很简单,一个电子发射器,可以单独发射一个电子,也可以发射电子束,一张带有两条狭缝的挡板,挡板后面是接收屏,用来接收穿过两条狭缝的电子。
首先让电子发射器连续发射电子,让电子束穿过两条狭缝。结果接收屏上显示的是明暗相间的多条干涉条纹。
干涉条纹的出现,说明电子表现出了波动性,只有波才会出现干涉现象。人们一直认为电子是实体粒子,就像玻璃球那样,怎么会表现出波动性呢?

物理学家们设想是否是因为电子在电子流中互相拥挤碰撞,进而造成了多条干涉条纹。于是,物理学家们对实验进行了改进,使用发射器将电子一个一个发出,这下就不会有碰撞了。
开始,接收屏上显示的是杂乱无章的亮点,不过随着发射的电子越来越多,杂乱无章的亮点逐渐变得有规律起来,最终成为明暗相间的多条干涉条纹。

这个结果让物理学家们彻底不能淡定了。如果说发射电子束最终呈现干涉条纹,尚且能接受的话。那么每次发射一个电子,还能产生干涉条纹,无论如何都接受不了!
因为单个电子想要产生干涉,比如同时穿过两条狭缝,然后自己与自己发生干涉,没有其他任何可能性!
单个电子怎么可能同时穿过两条狭缝呢?就像在宏观世界里,你不可能同时走进两个房间一样,如果这种事情发生了,你一定会觉得见鬼了!
但事实就摆在面前,面对这样的事实,物理学家们也懵逼了。他们想看看单个电子到底是如何同时穿过两条狭缝的,就在挡板附近安装了监控。

这里强调一下,安装的监控设备当然不是我们平时用的摄像头,摄像头也看不到光子,而是通电的线圈。总之物理学家们有的是办法观测到电子的路径。
不观测不要紧,观测之后,物理学家们更懵逼了,接收屏上的干涉条纹竟然神奇消失了。而且当物理学家们关闭监控不再观测时,干涉条纹又出现了。
电子就好像拥有意识一样,知道物理学家们什么时候进行观测,只要一观测,就乖乖地穿过某一条狭缝,不再自我干涉。但只要不观测,就同时穿过两条狭缝,发生自我干涉,产生干涉条纹。
物理学家们很是苦恼,因为在逻辑上根本没有办法解决这个难题:只要不观测,电子就同时穿过两条狭缝,但不观测就不可能知道电子如何做到同时穿过两条狭缝的。但是如果观测了,电子就乖乖地穿过某一条狭缝。

接下来物理学家把监控系统不再直接对准挡板的两条狭缝,而是等电子穿过狭缝之后再进行观测,但结果并没有任何改变。
对于如此诡异的结果,物理学界很难解释。哥本哈根学派给出的解释很简单,电子具有波粒二象性,任何观测行为都会让电子的波动性发生坍缩,表现为粒子性,至于为什么会这样,只有上天知道!
如果上面的实验结果还有那么一丝丝可以被我们接收的话,那么接下来的改良实验,彻底颠覆了我们的三观,这个改良实验就是惠勒延迟选择实验。

物理学家们怀疑人们的观测行为可能影响到了电子的行为轨迹,于是设想能不能通过某种技术手段,不影响电子的状态,看看会有什么结果。
你别说,聪明的物理学家们还真想到了一种方法。物理学家惠勒在上世纪70年代提出了著名的惠勒延迟选择实验。
这个实验是惠勒提出的思想实验,实验过程比电子双缝干涉实验复杂一些,但原理并不复杂。

实验发射的不是电子,而是光子,其实本质上是一样的。简单说一下实验过程。从一光源发出一光子,让其通过一半透镜,光子被反射与透射的概率各为50%。然后在反射或透射后光子的行进路径上分别放置反射镜A和B,使两条路径反射后在C处汇合。而C处则放有两个探测器,分别可以观察A路径或B路径是否有光子。此时只有一个探测器能够测得光子,即能确定光子走的是哪一路径,到底是A路径还是B路径,此时光子其实表现出了粒子性。
接下来在两个探测器前再放置一个半透镜,可以使光子自我干涉。如果适当调整光程差,可使得在某一方向上干涉光相消,此方向上的探测器将无法收到信号,另一方向上的探测器则必定会接收到信号,而且是加强的信号。这说明光子同时经过了两条路径。
理论上讲,我们可以在光子已经通过A或B后再决定是否放置第二块半镀银镜(这就是“延迟选择”的由来)。如果不放置,根据前一种情况,光子只通过一条路径;如果放置,根据后一种情况,光子通过两条路径。也就是说,观察者的行为可以决定过去发生的事。

这样的结果真的是细思极恐!本来已经发生的事情,为什么会因为之后的观察或者选择而发生改变呢?这不就相当于改变了历史了吗?
对此,哥本哈根学派解释是,我们不能将观察仪器与观察对象分开来讨论,尽管实验中的两种情况只有最后部分不同,但这局部的变化使得整个物理过程发生了改变,这两种情况其实是两个完全不同的实验。
哥本哈根学派的领军人物玻尔就曾这样解释:在粒子路径上再加任何一件仪器,例如一个半透镜,都可能意味着一些新的干涉效应。
但无论如何,至今都没有一个让人信服的解释。惠勒延迟选择实验彻底颠覆了人们的世界观和宇宙观。

正如很多伙伴们这样描述量子力学:遇事不决量子力学。量子世界非常诡异,我们本来就不能用宏观世界的逻辑去衡量量子世界。
之所以我们会感到量子力学很诡异,很难接受,还是因为我们就生活在宏观世界,我们对世界的所有认知都是基于宏观世界的表现。如果我们生活在量子世界里,或许一点也不会感到惊讶,反而对宏观世界的规律感到不可思议。

退一步,我们认为因果律是固若金汤的大自然法则,但或许那只是我们的错觉,在宏观世界的错觉,没有哪条大自然法则规定因果律在量子世界也必须适用!
辉煌优配网提示:文章来自网络,不代表本站观点。