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“恐怖的”双缝过问试验:天下如故你看到的那

  在量子力学里,双缝实验(double-slit experiment)是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。

  在这种更广义的实验里,微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径,从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移,因此产生干涉现象。

  假若光束是由经典粒子组成,将光束照射于两条相互平行的狭缝,则在探射屏应该会观察到两个单缝图样的总和。但实际并不是这样,如下图所示,在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。

  由于亮度分布可以用波的相长干涉与相消干涉这两种干涉机制来解释,意味着光是一种振动波,这促使光波动说被广泛接受,也导致17、18世纪的主流理论“光微粒说”渐趋式微。

  随着科技的快速进步,使用能够发射单独电子的物理仪器来进行双缝实验,每一次最多只有一个电子通过双狭缝,而不是一大群电子在很短时间间隔内挤着要通过双狭缝。值得注意的是,单独电子似乎可以同时刻通过两条狭缝,并且自己与自己干涉!

  这解释并不符合平常观察到的离散物体的物理行为,人们从未亲眼目睹老虎在同时刻穿越过两个并排的火圈,这并不是很容易从直觉就能够赞同的结果。可是,从原子到更复杂的分子,包括巴基球,这些微观粒子都会产生类似现象。

  更令人匪夷所思的还在后面,在1979年为纪念爱因斯坦诞辰100周年的讨论会上,约翰·惠勒提出了“延迟实验”的构想:对电子的双缝干涉进行了进一步思考,并指出我们可以“延迟”电子的决定,使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条。此种说法震惊当时的学术界。

  众多科学家纷纷进行实验,结果是:在确定电子通过双缝之后,迅速在挡板前放置高速摄像机时并没有出现干涉条纹;反之,在电子通过双缝后,迅速移除高速摄像机,干涉条纹还出现!这说明,“我”是否放置摄像机将影响电子以怎样的方式通过双缝。也就是说“我”现在的一个行为,竟然决定了电子过去的行为!

  除了光子的发射时间与抵达探测屏时间以外,在这两个时间之间任何其它时间,光子的位置都无法被确定;为了要确定光子的位置,必须以某种方式探测它;可是,一旦探测到光子的位置,光子的量子态也会被改变,干涉图样也因此会被影响。

  设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时,药瓶被打破,猫将被毒死。按照常识,猫可能死了也可能还活着。量子力学告诉我们,存在一个中间态,猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么,可猫既活又死违背了逻辑思维。

  尽管如此,长期以来物理学家们出于或许实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价:违反了薛定谔方程。

  这说明,宇宙的历史,可以在它实际发生后才被决定究竟是怎样发生的!在薛定谔的猫实验里,如果我们也能设计某种延迟实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活!比如说,原子在1点钟要么衰变毒死猫,要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否,我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活!

  这样一来,宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但某种“延迟”使得它直到被一个高级生物所观察才成为确定。我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参与性宇宙”模型(The Participatory Universe)。

本站文章于2019-11-27 09:39,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:“恐怖的”双缝过问试验:天下如故你看到的那

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