延迟选择?神奇的双缝干涉实验

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说明:本文源自网络,经过整理删节。
1 杨氏双缝实验:光的实在性
光的双缝实验是托马斯·杨(Thomas
Young)在1801设计的,初为双孔,后改为双缝。实验非常简单,在光源和接收屏之间放一个上面刻有两个平行狭缝的隔板,结果在接收屏上出现了光的干涉条纹。
将实验条件进一步改造,光子将呈现出更为诡秘的性质。
(1)让光子一个个地发出,在前一个光子打在屏上之后,再让后一个光子发出。少量光子将在屏上形成随机分布的图案。随着光子的增多,屏上逐渐显示出与光子流(光波)的情形相同的干涉条纹来。
(2)仍然让光子逐一发出,但是将双缝中的一个遮挡起来。少量光子仍然随机分布,而大批光子则呈现出单缝的衍射条纹。需要强调的是,两个单缝衍射条纹的简单叠加并不等于双缝的干涉条纹。即,光子有两种不同的运动规迹,单缝时衍射,双缝时干涉。问题是,单个的光子怎么知道前面是单缝还是双缝,从而做出运行规迹的选择?
2
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图中,光子从光源I1发出,遇到一个镀银的半透镜BS1,按经典理论,则光波分成两半,各占50%。如果按量子力学分析,则光子反射和透射的几率各占一半,整个系统的波函数是两者的叠加。分成两半的光波或几率各半的光子经M1、M2两个反射镜反射,在I2处汇聚。在此,有两种方案。
其一:如图,在I2处放置两个方向的光子探测器D1、D2,不要图中的半透镜BS2。则如D1响,表明光子来自M1,如D2响,表明光子来自M2。探测器每响一次,完成一次测量。按照经典理论,我们相信这个光子在测量之前就已经存在,光子或反射,经M1到达I2处;或透射,经M2到达I2处。在某一个确定的时刻,光子必然处于某一条轨道的某一个位置上。但是我们不知道它究竟在哪个轨道上。需要通过测量进行反推。
其二:如图,在两探测器之前放置另一个半透镜BS2,来自M1或M2的光子再次一半透射,一半反射,并在此干涉。调整光程差,可以使达到探测器D1的干涉光因反相而相消,此探测器将不会接收到任何光子信号;同样方法可使达到探测器D2的干涉光同相而相加,只要光源发出光子,则必被此探测器接收。这样,每次测量都会表明光子是同时经过两条路线到达I2处的。因为只有这样才会有干涉现象发生。
在此,放还是不放第二块半透镜BS2,相当于在双缝实验中打开还是遮挡另一个狭缝,但更加简明。
3.
延迟选择:还原论与整体论解释
于是,放还是不放第二块半透镜BS2,会影响光子路线的选择。即,我们的测量方式对被测量的事件产生了不可挽回的影响。
更严重的危机出现了。现在已经不仅是光子究竟走哪一条路,能不能知道走哪一条路的问题;甚至基本的因果性时间顺序也遭到了挑战。
在惠勒的构想提出5年后,马里兰大学的卡洛尔?阿雷(Carroll O Alley)和其同事当真做了一个延迟实验,其结果真的证明,我们何时选择光子的“模式”,这对于实验结果是无影响的,和玻尔预言的一样,和爱因斯坦的相反!与此同时慕尼黑大学的一个小组也作出了类似的结果。
4.这稀奇古怪的事情说明了什么
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!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予了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参予性宇宙”模型(The Prticipatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身!