颠覆认知的量子实验,现在可以影响过去,我们该如何理解宇宙?

作者&投稿:仇苗 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
根据量子力学的某些理论,现在同样可以影响过去,未来同样可以影响现在,这意味着什么问题??~

现在的行为可以改变过去?量子力学神奇之处远不止这些

我再简单说下“电子双缝干涉实验”,其实就是拿一个电子枪往双缝不断打电子,电子在双缝后面会撞到挡板形成一个亮点,实验重要环节在于,电子必须一个一个打过去,千万不能同时打出两个或更多电子,否则会干扰实验,如下图所示。


首先我们明白,当你做这个实验后,你会发现,就算你是一个一个把电子打过去,挡板后面依然形成了明暗相间的干涉条纹,这说明电子发生了干涉,但是每次通过狭缝的只有一个电子,怎么会产生干涉呢?唯一合理的解释就是,电子自己和自己干涉,也就是一个电子同时通过了两个狭缝,这都是之前文章讲解的,并不稀奇,但问题关键在于当我们想去看电子到底是不是同时通过两个狭缝时,我们把两个电子检测仪器装到两个狭缝后面,每个狭缝各装一个检测仪,我们再次做这个实验会发现,干涉条纹消失了。


所以很多人马上得出结论,这就是“量子擦除”,但是诚如上期所言,这并不是真正的量子擦除,因为当你放检测仪到狭缝后面,电子直接撞到检测仪就被吸收了,电子压根就不会走到后面的挡板,自然就没有干涉条纹了。
但是我们如果想知道电子到底通过哪条狭缝,除了在狭缝后面放检测仪之外,也没其他办法了啊。其实我要告诉大家的是,我们要想知道电子到底通过哪条狭缝,不一定要放一个仪器去观察,我们可以间接观察,怎么个间接观察呢?


这里就要谈到真正的“量子擦除效应实验”,这个实验不是用电子来做,是用光子来做,首先我们还是有一个光源可以每次只发射一个光子,然后让一个分光片把光分为两束光,这里是分光片不是普通的设备,而是BBO,其作用是可以使得这个光子分成两束光子后形成“纠缠态”,一旦两个光子形成纠缠态,只要对其中一束光子偏振性测量发现是↑(也就是向上偏振),那么另一束光子不用测量也知道是↓(向下偏振),也就是处于纠缠态的两个光子总是反向偏振的(这里就不解释啥叫偏振了,你只需知道这是光子的一个属性即可)。
同时我还要解释一个设备,那就是“四分之一波片”,一个光子经过这个波片,根据这个光子到底是向上还是向下偏振,这个波片会让这个光子变成顺时针或者逆时针偏振。


好了,这些设备介绍完了,我们就可以开始试验了,具体策略就是如下图所示。首先让一个光子抢打一个光子出来,经过BBO会并分两路分为两个光子,一个光子走路线1,一个光子走路线2,其中路线2放一个双缝,并在双缝前面放两个“四分之一波片”用于给通过双缝的光子做标记(请注意是在双缝前面放,不是后面放),最后在路线2的双缝后面放一个探测器B用于检测光子是否形成干涉。当然路线1的末尾也放一个探测器A用于检测这路光子的偏振到底是向上还是向下。


那么我们就来分析以上实验的内涵,首先假设路线1的探测器A检测这路光子假设偏振是↑,由于纠缠态特性,路线2的光子偏振肯定是↓,但是我们并不知道路线2光子会经过哪个狭缝,所以我们在狭缝前面放了“四分之一波片甲”和“四分之一波片乙”。这里要注意一个关键点:
如果偏振↓的光子经过甲,光子会变“逆时针偏振”,如果经过乙,光子会变“顺时针偏振”,所以探测器B只需检测光子到底是顺时针还是逆时针,就可以知道光子经过了哪条狭缝。


但是如果路线1的探测器A检测到光子偏振是↓,那么路线2的光子偏振肯定是↑,此时经过甲和乙两个波片得出的结论会和刚刚相反,也就是经过甲会变“顺时针偏振”,经过乙会变“逆时针偏振”。
经过以上分析我们就可以得出结论,首先检测路线A的光子到底是↑还是↓,然后根据不同情况来看探测器B检测到的偏振到底是“顺时针”还是“逆时针”,从而判断出光子走路线2到底走的是甲对应的狭缝,还是乙对应的狭缝。“四分之一波片”相当于起到了给光子做标记的作用。


当你把以上实验做了后你会发现,如果探测器B收到的是“逆时针”偏振,且路线B的光子是↑,那么我们可以马上断言光子通过了乙对应的狭缝,也就是说此时我相当于间接测量出来了光子到底通过了哪个狭缝,但是神奇的一幕出现了,探测器B后面的干涉条纹消失了。
也就是说我一旦获得了光子的路径信息,晓得了光子到底通过哪个缝,干涉条纹的确消失了。
下面我继续改进实验,我再路线1的光子到达探测器A前加一个起偏器,如下图所示这个起偏器的作用可以使得路线1的光子既不是↑也不是↓,而是↖。那么根据纠缠特性,路线2的光子肯定是↗。当甲和乙两个波片收到的光子偏振是斜的,那么就是50%概率使得光子顺时针偏振,50%概率逆时针偏振,这样一来,探测器B检测收到的光子偏振性就无法判断出来,到底路线2的光子通过的甲狭缝还是乙狭缝。也就是说这个时候我们把路线2光子经过双缝前的标记给“擦除”掉了,此时神奇的一幕再次出现,干涉条纹又回来了。


通过以上实验我们可以看出,一旦知道光子走哪个缝,干涉条纹消失,不知道走哪个缝,干涉条纹回来了,这个实验才是真正的体现了“量子擦除效应”,大家常见的再探测器后面放检测仪发现干涉条纹消失,这种类似的文章其实说明的都不是真正的量子擦除。光子路线和干涉条纹的这种诡异特性,其实这就是波尔提出的“互补原理”,光子的粒子性和波动性是互补的,互补就意味着说你同一个时刻只能获取其中一个,不能贪多同时获取2个。这与海森堡的“不确定性”原理是一个道理,微观粒子的速度和位置你只能同时获取其中一个,不能两个一起获取。
所以大家看了这篇文章,希望能够深刻认识到微观世界的这种神奇特性,微观粒子的属性居然会有互补现象,你同一个时刻只能拿其中一个,如果你要贪多同时拿两个,那么这两个属性值都会不准确。

在民间有这样一句话:遇事不决,量子力学,量子力学就像是一个从影视剧里走出来的绝世高手,可以飞檐走壁可以上天入地,但是量子力学的这种能力在现代社会是那么格格不入,你见过真正会轻功的人吗?他可以在天上飞来飞去。你见过可以在水上漂的人吗?他可以在水面上来去自如。这些在我们现代人的眼里都是不可能,就如量子力学刚出现的时候,尤其是在哥本哈根派对量子力学一番诠释之后,让爱因斯坦等一种老牌物理学家大为恼火。

在哥本哈根派对量子一次次诠释中,爱因斯坦等一众科学家也在和哥本哈根派持续地在较量着,最经典的就是爱因斯坦等三位科学家提出的思维实验量子纠缠,以及薛定谔提出用来嘲讽量子力学的“薛定谔的猫”思维实验。当然最后的结果大家都应该很清楚了,量子力学一次次的站稳脚跟,发展成为和相对论比肩的的物理学支柱。

今天就要来说一下这个颠覆因果关系的量子力学双缝干涉延迟实验,关键的两个字是“延迟”!

1、先来介绍光的双缝干涉实验

光的干涉实验在高中的物理课上就已经学习过了,这个实验最早由托马斯·杨完成,这是一位涉猎广范的巨匠,既是医生又是物理学家。实验过程也很简单光源发射出光线通过两条缝隙,之后在后边的屏幕上出现一系列明、暗交替的条纹,这个实验在证明光的波动说,光是电磁波就会出现干涉条纹。

这只是从宏观角度上来看很好理解,但是当量子力学介入进来,再去从微观角度看待这个问题的时候,你就会第一次发现比较诡异的事情。根据量子力学光可以看成一份份的能量也就是光子,那么单个的光子是通过哪条缝隙?

这个问题就像是平地起惊雷一样,因为真的很难去回答。两条缝隙这个光子是如何去选择通过哪一条的哪?光子又没有意识。当大家都很费解的时候有人站了出来,以丹麦物理学家玻尔为首的哥本哈根学派对这个问题给出了答案:光子既不是通过左缝,也不是通过右缝,而是同时通过了左缝和右缝。

无法想象这个问题吧!光子怎么可能同时通过两条缝隙?还有更加神奇的事,当科学家们验证观测光子到底通过哪条缝隙的时候,忽然发现干涉条纹消失了,光子就像是有意识一样,你一观测我我就不干涉了!哥本哈根派提出了他们的理论,不确定性原理,当对量子进行观测它们的状态会发生坍塌的。

2、双缝干涉延迟实验

这个实验是爱因斯坦的同时约翰·惠勒,在纪念爱因斯坦诞辰100周年的一场讨论会上提出来的,是在双缝干涉实验的基础上完成的。简单理解就是让电子通过双缝屏幕之后,再来选择它究竟是通过了一条缝还是两条。

按照量子力学的说法激光源发出光子后经过P半透镜同时从两个线路而来,最后经过两个全反射镜发生干涉现象。在A和B反射镜出加入探测器,当在确定光子已经通过A和B反射镜后,再去决定是否在结尾处加入探测器,这就导致了一个结果:我们现在的行为或者决定导致了过去的事情发生变化。

3、结论

那我们现在所看到的宇宙是真实的样子吗?还是因为我们的观测行为存在,对过去产生了影响,才导致宇宙是我们目前所看到的模样。

量子力学中的延迟实验貌似打破了经典世界中的客观因果关系,虽然量子力学一次次地刷新我们的认知,但从理论上、实验上来看量子力学目前还是正确的。



宇宙就是客观存在的空间,或者说一种范围,人类现在所明白的东西不见得在未来是正确的,这确实是这样,因为科学的发展确实就是不断的推翻前人以有的理论来创造出新的,符合当下认知的定律。

我理解的宇宙中是存在平行世界的概念的,人并不是单独存在的个体,在平行世界里面肯定会有一个跟我们一模一样的,同样在这个世界上死亡了,并不影响另外一个世界的我。

我还不理解量子这个词,只是朦胧的感觉到,各种介绍的意思是,观测改变运动。如果我们观测,往往物质会改变自己的表现应对观测。所以有可能在我们不观测的时候,所有物质世界不是我们看到的样子。恭请高手指点迷津!!

啥叫现在,说现在现在已经不是现在了,变化了,现在是变化运动着的现在,啥叫运动变化,就是一物即在这里又不在这里,矛盾吧!矛盾就对了,矛盾就是运动变化。比如一个量子,为什么测不准,不确定就是因为它在运动变化,即在这个位置同时又不在这个位置,这是客观事实你咋测得准,这不是笑话吗,你测位置,就测不到速度,你测速度已经不在这里了。矛盾然而是事实。


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