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    現在能改變過去--奇妙的雙縫干涉

            其實雙縫干涉實驗本身并不恐怖,恐怖的是隨著實驗的一步步推進,人類得出了一些非常規的,違背了人類常識的結果。微觀的世界真的非常復雜,復雜到世界上最聰明的腦袋都想不明白這到底是怎么回事。

    光波動性

            我們現在知道光其實就是波,一種電磁波,但是在很早的時候科學家認為其實光是一種粒子。

            波有一個特性,就是當兩列相干波相遇疊加的時候,疊加區域的某些點的震動就增強了,有的區域就減弱了,這就導致干涉區域內震動的強度產生了空間分布。

            如果你感到難以理解,沒有關系,繼續往下看。

            為了證明光的干涉,即光是波,物理學家托馬斯楊進行了干涉實驗。假如我們將一根蠟燭放在一個小孔面前,那么照亮過去的時候會形成一個點的光源。但是如果在小孔后的一張紙張開兩道平行的狹縫會發生什么事呢?

            光透過小孔照射到后面的具有兩條細縫的紙張上,投射到幕布上,會形成一些明暗交替的條紋。至此,光的波動學開始取代粒子學說。這個實驗也成為了物理界最為著名的實驗之一。

    光的波粒二象性

            但是光的波動性還有很多問題不能解決,愛因斯坦、普朗克等著名的科學家又將光的粒子特性搬上了歷史的舞臺,認為光具有波粒二象性,也就是說光既能夠像波一樣傳播,又能表現出粒子的特性。

            基本的干涉實驗表現出光之間會產生干涉條紋,但是如果我們把光換成一個個電子會發生什么事情呢?此時我們可以把電子想象成一個玻璃球,按理來說,當電子要選擇進入雙縫中其中一邊的時候,它應該做出了選擇,所以實驗的最后應該得出的是雙縫。

            但是實驗的結果并不是這樣的,使用電子進行的實驗同樣發現了電子自我干涉的痕跡。也就是說當一個電子要進入一個縫的時候它一分為二,然后與自己干涉,形成了干涉的紋路。

            這個現象就讓人非常地費解了。我們很難想象為什么一個電子在進入到雙縫實驗之前會將自己一分為二,還會產生干涉呢?

            然后詭異的事情就發生了。

            科學家很想知道電子在雙縫選擇的時候到底做了什么,然后就加了一個監控器,來對它們的行為進行觀測??膳碌氖?,這些電子的行為和之前完全不一樣,相互干涉的痕跡一點都找不到。

            也就是說,當加入了一個觀察者之后,電子間的干涉消失了,實驗得出的最后結果是雙縫。也就是說,當加入觀察者之后電子表現出的行為才是人們理想的行為,但是在沒有觀測的時候它并不是這樣子的。

           本來一個好好的實驗,在科學家的不懈努力之下真的是讓人細思恐極。為什么微觀的粒子在人的觀察下會展現出完全不同的行為?我們很難說粒子是有意識的,但是這究竟是為什么呢?

            當然了,別說是我們了,就連科學家們都想破了腦袋也解釋不了。所以,很多事物看起來很簡單,但是其實它比我們想象中復雜得多。一些看似謬誤的,卻可能是真理。只能說,人類永遠在突破自己認知的極限,今日的真理很可能就是明日的謬誤。

    小結:

            如果一束光透過一個小孔,毫無疑問,光會從點放射出去投射在幕布上;如果有兩個小孔,光波會相互干涉出現波紋。但是如果把小孔換成細縫,把光換成電子,會發生什么呢?如果我們把電子想象成玻璃小球的話,那么小球通過縫投射到幕布上應該也是兩條縫的形狀,但是電子和波一樣,產生了干涉行為,也就是電子將自己一分為二進入兩個縫中相互干涉,這本來就已經很難理解了。然后,當加入一個觀察者時,電子竟然就不干涉了,結果就是兩條縫。人傻了。

            如果說宇宙不是完美的,它有BUG(漏洞),你信么?雙縫干涉實驗似乎一步步地發現了這個宇宙“漏洞"

    雙縫干涉實驗是什么?

            當我們在水中丟下一塊石頭,那么水面就會產生波紋,如果同時丟下兩塊石頭,兩個水波之間就能夠出現交叉的干涉條紋。這就是波能夠互相干涉的特征。

            雙縫干涉實驗既在一個光源前放置一個開了兩條縫隙的不透明擋板,擋板后面再放置一個能夠觀測到的背景。當我們打開光源,會看到背景上出現明暗相間的條紋,這就是簡單的雙縫干涉實驗。這個實驗證明了光是一種波!因為光在穿過兩條縫隙后產生只有波特有的干涉,相反的波被抵消,相向的波被增強,導致背景上明暗相間的條紋。(日常生活中主動降噪耳機就是利用了這個原理,用相反的聲波抵消了噪音)

            下面我們把實驗升級一下,光源變得非常小,背景換成高靈敏高分辨的底片。打開光源后,一開始我們看到了無數隨機分布的小點,隨后這些小點越來越多最終形成明暗相間的條紋!實驗升級后證明光是一種粒子并且還具備波的特征,也就是光的波粒二象性!

    雙縫干涉延遲實驗

            雖然雙縫干涉實驗已經讓人贊不絕口,不過科學家們還是在這個實驗上再次升級。將光源變成一次發射一粒的電子!電子要通過這塊擋板只能隨機通過兩條縫隙。

            我們知道,要干涉就必須有對象,沒有對象怎么被干涉?然而這一次實驗結果出事了,即便單個電子在隨機穿過兩條縫隙后依然在最后形成了干涉條紋。

            這個結果震驚了科學界!為什么單個電子能夠自我干涉?難道他還有一個分身?更詭異的是當我們觀察電子是通過哪一條縫隙時,干涉條紋消失了。當取消觀察時,干涉條紋又神奇的出現了!冥冥中仿佛有一雙眼睛窺視著我們,只能讓我們看到電子穿越縫隙的路徑(粒子特征)或者電子的干涉條紋(波特征)其中之一!

    雙縫干涉之延遲選擇量子擦除

            看到這里,你也許認為上面的實驗會有很多未知的漏洞,我們觀察電子時已經打擾了電子的正常運動導致電子屬性改變,只是我們沒有辦法找出這個因素。接下來科學家用更加復雜精密的方法來做雙縫實驗。將一個光子分離成一對糾纏的光子A和B(糾纏的量子能夠無視距離影響對方)。

            AB分別做雙縫干涉實驗(互不影響的環境),而B距離感應屏比A遠,這樣A會比B要先到達感應屏。當我們在B實驗中放置相機觀測到B通過雙縫的路徑時,A實驗的干涉圖像消失,顯然,糾纏的兩個光子是互相影響了,B得不到的波屬性A也得不到。接下來,我們通過技術手段把B獲得的路徑信息擦除,然后A和B都出現了干涉條紋。這里就出現了兩個個非常詭異的現象。測量到光子的路徑信息只是"泄露”,沒有主管觀意識去查看,干涉條紋會消失!把這個路徑信息擦除掉,干涉條紋又會出現!

            更詭異的是,實驗中我們設定從B獲得路徑信息時,A早就已經到達了感應屏形成了圖像!這時候擦除B的路徑信息,A感應屏已經"拍好照"的圖像會鬼魅般地變成干涉條紋!

    讓人難以理解的“宇宙程序”

            很多人一開始認為,觀察光子路徑就是人類意識干預了實驗。不過我們從最后一個實驗得知,在延遲選擇實驗中,測量到的路徑信息,你看與不看,宇宙程序它已經認定了你泄露了天機!光子波動屬性就被隱藏了!我們得不到干涉圖像。如果我們把這個泄露的天機抹除掉,宇宙程序馬上修復了光子的波動性,讓我們得到了干涉圖像。沒想到的是,我們人類在實驗室上利用量子糾纏鉆了個空子,讓圖像形成之后再得到路徑信息。接著我們再去選擇是泄露還是擦除,宇宙程序任然按照原來的指令執行了。讓已經形成的圖像變了回去(曾經不干涉的光子,在曾經又干涉了。這話很繞)?這是不是意味著我們找到了一個宇宙程序的BUG,用現在的決定,改變了過去!還是另有其他原因?我們生存的宇宙,這個看不到邊無比真實的世界,難道是一個設定好的“程序”?或者說宇宙這個看似無比完美運行的世界其實還有一些漏洞。如果人類將來利用這些漏洞未來的世界會發展成什么樣子?(點此查看中為檢驗技術激光實驗室
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