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为什么当年双缝干涉延迟实验让科学家感到恐怖?

其实你已经回答了这个问题,就是人的观测能够影响结果,所以才让科学家感到恐惧,这是在人类探索粒子波动性以前,从来没有发生过的事,带给人们的震撼不亚于以往任何一次数学物理的理论危机。

电子双缝干涉实验

双缝延迟实验是电子双缝干涉实验的一个变种。在电子双缝干涉实验中,一次只发射一枚电子,科学家发现只要发射的电子足够多,它同样可以在屏上形成干涉条纹,说明单个的电子“同时”经过了两个窄缝,“自己跟自己”干涉;或者说对某个电子来说,它自己好像知道前面有两个窄缝,它在荧光屏上的落点同样满足双峰干涉规律。这推翻了人们之前所谓认为的“电子干涉条纹不过是大量电子在统计意义上服从某种分布”的想法。

电子双缝干涉实验,起初人们认为电子之所以出现干涉条纹只是因为统计上的结果,但哪怕一次只发射一个电子,只要积累的足够多,依然会形成干涉条纹

于是科学家想进一步搞清楚,在电子发射的过程到底怎样的,它到底通过了哪个窄缝。于是科学家在两个窄缝后增加了一台量子观察仪。电子通过左缝时读数为1,电子通过右缝时,读数为2,其余情况读数为0。然后邪门的事就来了。而你当打开仪器观测的时候,干涉条纹居然就消失了!窄缝后的屏幕上,只有一个亮斑,证明电子此时路径是确定的。

也就是说电子好像是智能的,或者好像有一个看不见的手在操纵这个电子,他知道你在干什么,并且根据你看还是不看,给你不同的实验结果,你不害怕吗?

想象一下不管你在干啥,都有一双眼睛盯着你,你的操作一览无余,这种感觉是不是很吓人?

延迟选择实验

你以为这就完了?比双缝干涉实验更恐怖的还在后面。为了进一步探索量子世界的奥秒,科学家们设计了这个实验的变体,那就是惠勒延迟选择实验, 这是个思想实验,由物理学家约翰·惠勒在普林斯顿大学举办的爱因斯坦诞辰100周年上提出。

简单说,就是设计这样一个光路,用一个50%反射50%透射的镜片,把入射光一分为二,在分出来的两个光路上再设置反射镜,使两个光路汇合于一点。如果在汇合处再放一个半反半透镜的话,就可以让两路光程差恰好差1/2,即发生反相干涉,这样水平或者垂直的光路中会有一个始终不能检测到光子。这个设置其实和电子双缝实验是等效的,单个光子是“自己跟自己”干涉的。刺激的是,如果在光子发出后,我们才去决定是不是在汇合处放这个半反半透镜的话,结果也会立即发生改变,从波动状态变成粒子态。如果在光子发出去后我们突然撤掉半反半透镜,那么在水平或者竖直方向,检测到的光子就是各50%概率,而不是放置时水平竖直两个方向上一个为100%另一个为0的情况。

好的,之前的恐惧之处是,电子好像知道你在观测它;现在更恐惧的是,它不光知道你在观测它,甚至还可以根据你后面作出的观测“改变历史”!所以如果不给出一个恰当的解释,那么连因果律这个物理学,哲学乃至人类常识的基础都要被改写。而这个合理解释直至今天也没有一个科学家能够给出。这实验也引发了物理学界和哲学界的激烈讨论,甚至上升到世界的本质是唯物还是唯心的思考。

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