單的解釋為:不管觀測不觀測,以及何時觀測,電子都是確定地只通過了一個縫隙。

至於為什麼觀測了就沒有條紋了呢?因為觀測這種行為和手段本身就破壞了電子之間相互干涉唄?破壞了相互干涉使得其本身的波粒二象性裏只剩下「粒」性而沒有了「波」性,自然就不存在干涉條紋了唄。

作為半個物理學業餘愛好者,我相信我的理解應該被很多大牛想到過吧?那麼玻爾或者其它人,具體是怎麼證明不是他們的觀測手段影響了粒子之間的相互干涉呢?


光的雙縫干涉實驗。這個實驗的設置很簡單,一個點光源所發出的光在通過兩條狹縫後,被投射在 一個背景板上。當通過狹縫的光到達背景板上時,所投射出的並不是兩條光帶,而是 許多明暗相間的條紋。

出現這種明暗條紋的的原因是因為光是一種波。當光通過兩條狹縫後,相當於在兩個狹縫出口處產生了兩條新的波。這兩條波在背景板不同的位置上會產生干涉。在明條紋處,兩條光波到達時它們的波峯剛好疊加在一起,波的強度加大,所以產生了較亮的條紋。而在暗條紋處,兩條波的波峯和波谷剛好抵消,波的強度減弱,形成了較暗的條紋。下面的這張圖所表示的就分別是這兩種情形下波的疊加。在圖片中,上面兩條同相的波疊加形成了一條振幅更大的波,而下面兩條反相的波疊加後剛好相互抵消。

這個實驗最早是由託馬斯·楊在1801年完成的, 他通過這個實驗向人們完美地展現了光的波動性。 (在這裡插一句,這個楊就是我的另外一個回答裏曾經差點破解了古埃及文字的那個楊。)

在楊完成這個實驗一百年後,也就是在20世紀初,隨著量子理論的興起,人們發現諸如電子這樣的微小粒子居然可以也體現出波的特性。隨著技術手段的進步,人們可以用電子代替光 來進行雙縫實驗。在電子雙縫實驗中,被發射出來的電子會先通過一塊開有兩條狹縫的板,然後落在一塊感光屏上。實驗剛開始的時候,通過雙縫的電子會隨機地落在感光屏上,似乎並沒有規律。但隨著落在感光屏上的電子越來越多,一條條明暗相間的條紋就逐漸顯現了出來。在明條紋處有較多的電子落在了感光屏上,而在暗條紋處只有較少的電子落下。下面的五張圖片顯示出了隨著時間的推移,落在感光屏上的電子分佈:

電子在感光屏上的這種分佈模式,簡直和楊的雙縫試驗中光的干涉條紋一模一樣。 如果將兩條狹縫中的一條關閉的話,這種干涉條紋就立刻消失了。這說明通過兩條狹縫的電子 以波的形式產生了某種干涉。

在經典物理學中,電子作為一種粒子,它的運動軌跡被理解為類似於炮彈飛行彈道或是行星運行軌道一樣的東西。但在電子雙縫干涉試驗中,這種粒子卻表現出了一種光波一樣的波動性。但這還是不是這個實驗最令人費解的地方。在電子雙縫干涉實驗中,最令人費解的是下面這個事實(請大家認真讀三遍):就算人們把電子一個個地單獨發射出來通過雙縫,最後所有落在感光屏上的電子還是可以形成干涉條紋。就算人們把電子一個個地單獨發射出來通過雙縫,最後所有落在感光屏上的電子還是可以形成干涉條紋。就算人們把電子一個個地單獨發射出來通過雙縫,最後所有落在感光屏上的電子還是可以形成干涉條紋。為什麼這是最令人費解的現象呢?請各位認真想想看,對於一個被單獨發射出來的電子來說,它在通過其中一條狹縫的時候,它是怎麼『知道』在這條狹縫的旁邊還有另外一條狹縫,從而『決定』和其他的電子一起形成干涉條紋呢?要知道,對於一個小小的電子來說,兩條狹縫之間的距離是一個非常大的尺度。如果把電子的尺寸放大到一個人那麼大的話,兩條狹縫間的距離可能已經有太陽系直徑那麼大了。這樣的一個小小的電子,它是怎麼知道在如此遙遠的距離上『有』或者『沒有』另一條狹縫呢?如果你進一步思考這個問題,你會發現到感光屏上干涉條紋的形狀是與兩條狹縫之間的距離有關的。這就更加 讓人感到不可思議了。難道通過狹縫的電子不但『知道』在遙遠的地方開著一條狹縫,並且還在一瞬間『測量』出了這兩條狹縫之間的距離嗎?不然的話,電子們是如何根據狹縫間不同的距離來形成不同的干涉條紋的呢?最後,對於一個被單獨發射出來的孤零零的電子來說,它『不知道』在自己之前已經有多少電子落在了感光屏上,也『不知道』在自己之後還會有多少電子被發射過來。它是如何跟其他電子『約定』好各自在感光屏上的位置來形成干涉條紋的呢?上面的這幾個問題,每一個都在挑戰著人類對於這個世界的認知極限。最後,有一羣科學家認為,對於這些問題唯一合理的解釋就是:每一個電子都同時通過了兩條狹縫。他們認為,電子並不像炮彈那樣是按照某種確定的軌跡前進的,而是在空間中以某種概率波的形式前進的。在進行測量前,討論電子的位置和運動軌跡是沒有任何意義的,因為電子在空間的任何一個位置都有可能存在,只是存在的概率不同而已。換句話說,電子在空間中『處處都在,卻又處處都不在』。在電子雙縫干涉實驗中,當電子被發射後,它就以概率波的形式向前傳播,並同時穿過了兩條狹縫。在這之後,穿過狹縫後的兩條概率波之間相互發生了干涉,並形成了新的概率波。當這條新的概率波遇到感光屏時,感光屏的測量行為要求電子必須出現在一個具體的位置,於是電子的概率波就坍縮(Collapse)了,電子根據概率波的分佈隨機地出現在了感光屏的某處。當感光屏上集聚夠足夠多的電子之後,人們就可以根據電子的分佈觀察到兩條概率波的干涉條紋。這種理論被稱為『哥本哈根解釋』(Copenhagen Interpretation),它也是目前對於量子現象的各種解釋中被人們最廣泛接受的一種理論。

另外一些人認為這種『每一個電子都同時通過了兩個狹縫』的解釋是一派胡言。他們在狹縫上裝上了探測器,來檢驗一下每個電子到底是不是同時通過了兩個狹縫。檢測的結果如他們所願,電子每次都只能通過其中的一個狹縫。但是,只要有一個狹縫上出現了探測器,感光屏上的干涉條紋就神祕地消失了。哥本哈根派的科學家對此解釋說,安裝探測器這一行為本身就是一種『測量』,它導致了電子概率波在狹縫處提前坍縮。既然概率波已經提前坍縮了,自然也無法在感光屏處形成干涉。

哥本哈根派強調,在測量前,粒子的各種可能性以一種『量子疊加態』的形式同時存在。但一旦進行測量,各種可能性就坍縮成了一種。如果不進行測量,電子就既通過了左縫又通過了右縫。而一旦對電子的行為進行測量,就會導致電子的量子疊加態坍縮成一種,電子將隨機地選擇一個狹縫通過。在20世紀的前幾十年中,許多科學界的大腕在愛因斯坦的帶領下,對哥本哈根派提出了猛烈的抨擊和質疑。正是為了反駁(注意是反駁!)哥本哈根派的理論,薛定諤提出了『薛定諤的貓』這個思想實驗。薛定諤敏銳地意識到,之所以世界上最聰明的一幫人會聚在一起討論『量子疊加態』這種荒謬的概念,是因為哥本哈根派給出的例子都是電子、原子這種大家難以直接觀測的微小粒子。對於這些在日常生活中看不見摸不著的東西,隨便你怎麼形容它們,大家也不會覺得有什麼不對。薛定諤於是決心設計一個思想實驗,讓大家看到『量子疊加態』是多麼荒謬的一個概念。想像一個放射性原子,薛定諤說,它有50%的幾率衰變,也有50%的幾率不會衰變。按照哥本哈根派的說法,在對它進行觀測前,這個原子同時處於一種『衰變』和『不衰變』的疊加狀態。只有當我們對這個原子進行觀測時,它才會隨機地坍縮成為一種確定的狀態。我們可以設計一個精密的毒氣釋放裝置,並把它與這個原子連接起來。當原子衰變時,會觸發裝置上的一個開關並釋放出毒氣。當原子沒有衰變時,則什麼都不會發生。現在,如果我們把這臺裝置和一隻貓一起放進一個封閉的箱子裏,有趣的事情就發生了。根據哥本哈根派的解釋,只要我們不打開箱子進行觀察,這個原子就是同時處於『衰變』和『不衰變』的疊加狀態。那麼箱子裡面的儀器自然也是同時處於『釋放毒氣』和『不釋放毒氣』的疊加狀態。再往下推理,箱子裏的貓也是同時處於『死』和『活』的疊加狀態。只有當我們打開箱子觀察時,這隻貓才會隨機地選擇一種狀態出現在我們面前。一隻『既死又活』的貓無疑是十分荒謬的。薛定諤正是通過這個思想實驗,把哥本哈根派的觀點由一個原子推廣到了我們日常生活中的事物中去,從而證明其觀點的不合理。但事與願違的是,哥本哈根解釋經過多年的發展,現在仍然是接受度最高的關於量子現象的解釋。而薛定諤的這隻貓反倒成了關於量子理論最流行的大眾文化符號。

註:該回答節選自用戶十一點半的回答如何理解平行宇宙?

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既然生得肉體凡胎,何不嘗遍人間煙火。祝大家健康快樂,然後自我抵達。


看到大佬的回答太激動人心了。理論已經很全面,來聊點想像的。

簡單的說,量子穿過雙縫干涉,如果不觀測,它就是個波

如果你觀測,它就變成粒子,我們晚一點看,在它已經通過雙縫以後,理論上它應該是波了,可它又變成粒子了。

量子就是知道你未來要不要觀測它。

看過一個視頻,講這個世界是虛擬的證據,挺有趣的,分享一下

比如我們開發一個遊戲,為了優化資源,我們只繪製玩家眼睛能看到的區域

不能看到的是不做繪製的,比如,你走在A街道,那B的街道就會空無一物,包括街道本身

基於這個,可以解釋很多問題。

1。為什麼接近光速時間會變慢,物體達到光速時間就會靜止,說明我們世界是用光速為單位刷新的,你的速度越接近刷新速度,從觀察的角度來說就會變慢,簡單說是掉幀。當你的速度和刷新速度一致的時候,你就不會刷新了,所以靜止。

2。量子疊加,因為上帝的計算機極限了,不能精確計算每個量子,量子就會出現優化狀態,比如是一陣波,只有你調用它,它才賦值使用。就像遊戲優化那樣,看不到的大型數據,就先不載入。

3。量子糾纏,這個是有力的解釋,兩個量子因為距離關係,光速通信也不能解決這個問題,但是如果是程序呢?我只要設置兩個量子的狀態互斥,不管你走多遠,都是這麼來的。

4。延時選擇實驗,這個更有道理,因為你的行為都是計算好的,實際上你預先要發生的事情,已經囊括進計算,所以在配置資源的時候,就幫你配置好。

實際生活上,我認為人類的思維是四維的,你完全可以在大腦中,推演這套量子理論,包括模擬量子的,因為你的思維的實質是電磁波。換句話說,你的本體其實是量子,身體不過是硬碟和發電機。

證據呢?你的思維可以構建任何的三維圖形,你還能疊加它,並且任意操作時間軸,你可能覺得這個和電影剪輯有什麼區別,並沒有高深的地方。

重點來了,你可以在思維中,真正的構建三維物體,什麼概念呢,比如你看手機。你看正面就無法看到背面,相當於你的視野是二維的,你能看到的和排成照片一樣,都是平面。

但是你如果用大腦,你就可以構建出整個手機的樣子,那就是既看到了正面,又看到了背面,這纔是真正的三維視角,而這個只能在高維度中完成。

所以我們還是有可能生活在,以四維為基礎構架的三維世界。

當然,都是想像,想想就好了。


這是有史以來第一次,人類在科學實驗中正式遭遇「靈異事件」。

116 年前的 12 月 12 日,馬可尼收到橫跨大西洋、人類史上第一個無線電信號的那一天。


似乎什麼都沒有改變。

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包括馬可尼自己,當時沒有人能夠想像,在接下來的一百多年,通信會把世界變成什麼樣子。

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2016 年 8 月 16 日,世界第一顆量子通信衛星「墨子號」從酒泉發射的那一天。


就像當年的馬可尼一樣,我們也無從想像,未來的量子計算與量子通信,終將帶來一個怎樣的魔法時代。


絕對安全的信息傳輸?


智商秒殺全人類的人工智慧?


瞬移、穿越不再是科幻?

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潘建偉教授的量子通信衛星上天了。


5 年後,人人都會用無法破解的加密網路刷信用卡。你還覺得量子理論是象牙塔裏的黑科技,和你的生活毫無關係?

讓我們先從神祕的量子理論開始,解密量子通信。


這註定是一場不可思議的旅程。

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如果你完全不懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證不用任何公式就能讓你秒懂,連 1+1=2 的幼兒園數學基礎都不需要。


如果你自以為懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證你看完會仰天長嘆:什麼是量子力學啊?

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正如量子力學大師費曼所說:沒有人懂量子力學。如果你覺得懂了,那肯定不是真懂。


在燒腦、反直覺和毀人三觀方面,沒有任何學科能夠和量子力學相比。如果把理工男最愛的大學比作霍格沃茲魔法學校,那麼唯一和量子力學專業相提並論的,只能是黑魔法。

然而,量子理論之所以如此神祕,並不是因為物理學家的故弄玄虛。其實,在量子理論剛誕生的搖籃時期,它只是一門人畜無害的學科,專門研究電子、光子之類小玩意兒。


「量子」 這個現在看來很厲害的名字,本意不過是指微觀世界中「一份一份」的 不連續能量


這一切,都源於一次物理學的靈異事件。

百年戰爭

20 世紀初,物理學家開始重點糾結一個糾結了上百年的問題:光,到底是波還是粒子?

  • 粒派

所謂粒子,可以想像成一顆光滑的小球球。

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每當你打開手電筒,無數光子就像出膛的炮彈一樣,筆直地射向遠方。


很多著名科學家(牛頓、愛因斯坦、普朗克)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明瞭光是一種粒子。

  • 波派

所謂波,就像往河裡扔塊石頭,產生的水波紋一樣。

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如果把光看作是一種波,可以完美解釋干涉、衍射、偏振等經典光學現象。


很多著名科學家(惠更斯、楊、麥克斯韋、赫茲)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明瞭光是一種波,電磁波。


可問題是,波和粒子畢竟是兩種截然不同的東西啊!

  • 粒子可分成一個一個的最小單位,單個粒子不可再分;波是連續的能量分佈,無所謂「一個波」或者「兩個波」;
  • 粒子是直線前進的,波卻能同時向四面八方發射;
  • 粒子可以靜止在一個固定的位置上,波必須動態地在整個空間傳播。

波與粒子之間,存在著不可調和的矛盾。


於是自古以來,塞伯坦星上的科學家就分成兩派: 波派和粒派 ,兩派之間勢均力敵的百年撕逼戰爭從未分出勝負。

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很多人問我:科學家為什麼要為這種事情勢不兩立,大家擱置爭議、共同研究不就得了。


為了一個字:


信仰!

千面之神

且問你:《權力的遊戲》中,信奉七神的維斯特洛人民,為何要與信奉舊神的關外野人拼個你死我活?

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自古以來,人們為了信仰爭端大開殺戒,早已不足為奇。


唯一的和諧社會可能是古希臘:他們的神多達百八十號,有管天上、有管地下,各路神仙各司其職,倒也井水不犯河水。


人稱:希臘眾神。

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要命的是,科學家們信仰的神只有一個,而且是放之宇宙而皆準的全能大神。這位神祇的名字,叫作 真理


大到宇宙的誕生,小到原子的運轉,科學家們相信,這個世界的萬事萬物都是基於同一個規律,可以用同一個理論,甚至同一套方程解釋一切。比如,讓蘋果掉下來把牛頓砸暈的是萬有引力,讓月亮懸在空中掉不下來的也是萬有引力。用同一個方程,既能算出地球的質量,也能讓馬斯克的獵鷹九號火箭上天,這就是科學的威力。


想要一個宇宙、兩種規律?


對不起兄弟,別在科學界混了,您可以去跳個槽,比如競選總統。


當然,科學家們沒有誰敢自稱是真理的代言人,就連牛頓謙虛起來都是這樣的:「我只是一個在海灘上撿貝殼的孩子,而真理的大海,我還沒有發現啊!」


就算是撿貝殼,撿的多了,說不定拼到一起就能窺見真理之神的全貌呢!


整個科學史,就像一個集卡拼圖的過程。做實驗的科學家們每發現一個科學現象,搞理論的科學家們就絞盡腦汁推測它背後的運行規律。不同領域的大牛把各方面的知識、理論慢慢拼到一起,真理的圖像就漸漸清晰。

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在 20 世紀初,光學的知識儲備和數學理論越來越完善。大家逐漸覺得,這一塊的真相總算有希望拼出來了——結果卻發現,波派和粒派的理論早已背道而馳,還各自越走越遠。這就好比你集了一輩子卡片,自以為拼得差不多了。這時突然發現,你拼出的圖案居然和別人是不一樣的,而且差的不是一點點!


是不是有種把對方連人帶圖都砸爛的衝動?


當時波派和粒派都堅信,自己手上的拼圖,纔是唯一正確的版本。


雙方僵持不下直到 1924 年,終於有人大徹大悟: 波 or 粒,為什麼光不能兩者都是呢?


也許在某些時候,粒子看起來就像是波;在另一些時候,波看起來就像是粒子。波和粒如同陰陽一般相生相剋,就像一枚硬幣的正反兩面(波粒二象性),只不過我們一直以來都在盲人摸象、各執一詞。

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真理確實只有一個,但是真理的表現形式,會不會存在著多個版本?


難道真理就是那個千面之神,用千變萬化的面目欺騙了我們如此之久?

靈異的實驗

究竟是波,是粒,還是波粒二象,大家決定,用一個簡單的實驗來做個了斷:

  • 雙縫干涉實驗

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雙縫,顧名思義,就是在一塊隔板上開兩條縫。


用一個發射光子的機槍對著雙縫掃射,從縫中漏過去的光子,打在縫後面的屏上,就會留下一個光斑。(等效於 1961 年電子雙縫干涉實驗)


在實驗之前,科學家的推測如下:


第一種可能


如果光子是純粒子,那麼屏幕留下兩道槓。


光子像機槍發射的子彈一樣筆直地從縫中穿過,那麼屏幕上留下的一定是 2 道槓,因為其他角度的光子都被板擋住了。

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第二種可能


如果光子是純波,那麼屏幕上會留下斑馬線般的一道道條紋。


光子穿過縫時,會形成 2 個波源。兩道波各自震蕩交匯(干涉),波峯與波峯之間強度疊加,波峯與波谷之間正反抵消,最終屏幕上會出現一道道複雜唯美的斑馬線(干涉條紋)。

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第三種可能


如果光子是波粒二象,那麼屏幕圖案應該是以上兩種圖形的雜交混合體。


總之,


兩道槓 = 粒派勝;


斑馬線 = 波派勝;


四不像 = 平局。


是波是粒還是二合一,看屏幕結果一目瞭然,無論實驗結果如何,都在我們的預料之中。


第一次實驗 :把光子發射機對準雙縫發射。


結果 :標準的斑馬線。

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根據之前的分析,這證明光子是純波。OK,實驗結束,大家回家洗洗睡吧。


粒派不服:我明明知道光子是一個一個的粒子!


這樣,我們再做一次實驗,把光子一個一個地發射出去,看會怎麼樣,一定會變成兩道槓的!


第二次實驗 :把光子機槍切換到點射模式,保證每次只發射一個光子。


結果 :斑馬線,竟然還是斑馬線,怎麼可能?我們明明是一、個、一、個把光子發射出去的啊!


最令人震驚的是,一開始光子數量較少時,屏幕上的光點看上去一片雜亂無章,隨著積少成多,漸漸顯出了斑馬線條紋!

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光子要真的是波,那粒派也不得不服。


問題是:根據波動理論,斑馬線來源於雙縫產生的兩個波源之間的干涉疊加;而單個光子要麼穿過左縫、要麼穿過右縫,穿過一條縫的光子到底是在和誰發生干涉?


難道……光子在穿過雙縫時分裂成了兩個?一個光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手發生了關係?事情好像越來越複雜了。乾脆一不做二不休,我們倒要看看,光子究竟是怎樣穿過縫的。


第三次實驗 :在屏幕前加裝兩個攝像頭,一邊一個左右排開。哪邊的攝像頭看到光子,就說明光子穿過了哪條縫。同樣,還是點射模式發射光子。


結果:每次不是左邊的攝像頭看到一個光子,就是右邊看到一個。一個就是一個,從來沒有發現哪個光子分裂成半個的情況。


大家都鬆了一口氣。 光子確實是一個個粒子,然而在穿過雙縫時,不知怎麼就會變形成兩道波同時穿過,形成干涉條紋。


雖然詭異了些,不過據說這就是 波粒二象性 了,具體細節以後再研究吧,這個實驗做得人都要精分了。


然而,就在這時,真正詭異的事情發生了……


人們這才發現,屏幕上的圖案,不知什麼時候,悄悄變成了兩道槓!


沒用攝像頭看,結果總是斑馬線,光子是波;


用攝像頭看了,結果就成了兩道槓,光子變成了粒子。


實驗結果取決於看沒看攝像頭?


這不科學啊,做物理實驗竟然見鬼了啊!

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一個貌似簡單的小實驗做到這份上,波和粒子什麼的已經不重要了,重要的是現在全世界的科學家都懵逼了。


這是有史以來第一次,人類在科學實驗中正式遭遇靈異事件。

觀察者魔咒

你還沒看出靈異在哪裡?


好吧,請先看懂下面這個例子:


電視里正在直播足球比賽,一個球員起腳射門——

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「咔」暫停,你預測一下這個球會不會進?


在球迷看來: 球進還是不進,和射手是不是 C 羅、梅西有關,和對方門將的狀態有關,和裁判收沒收錢說不定還有關。


在科學家看來: 有關的東西更多,比如球的受力、速度和方向,距離球門的距離,甚至草皮的摩擦力、球迷吼聲的分貝數等等。


不過,只要把這些因素事無巨細地考慮到方程裏計算,完全可以精確預測三秒後球的狀態。但無論是誰,大家都公認的是,球進與不進,至少和一件事情是絕對無關的:


你家的電視。


無論你用什麼品牌的電視,無論電視的屏幕大小、清晰度高低、質量好壞,無論你看球時是在喝啤酒還是啃炸雞,當然更無論你看不看電視直播——該進的球還是會進,該不進就是不進,哪怕你氣得把電視機砸了都沒用。


你是不是覺得,上面說的全都是廢話?那麼,仔細聽好:


雙縫干涉的第三次實驗證明瞭,在其他條件完全相同的情況下,球進還是不進,直接取決於在射門的一瞬間,你看還是不看電視!


看還是不看,這是一個問題!


光子從發射器射向雙縫,就好比足球射向球門;用攝像頭觀測光子是否進縫、怎麼個進法,就好比用電視機看進球。


第三次實驗與第二次的唯一區別,就是實驗 3 開了攝像頭觀察光子(看電視),實驗 2 沒放攝像頭(不看電視)——兩次實驗的結局竟截然不同。


這,就是觀察者的魔咒。


難道說,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬間變成粒子?


難道說,「光子是什麼」這一客觀事實,是由我們的觀察(放不放攝像頭)決定的?


難道說,對事物的觀察方式,能夠改變事物本身?

三觀崩塌

在所有人懵逼的時候,還是有極少數聰明人,勇敢地提出了新的理論: 光子,其實是一種智能極高的外星 AI 機器人。


之所以觀察會導致實驗結果不同,是因為光子在你做實驗之前就悄悄偵查過了,如果發現有攝像頭,它就變成粒子形態;如果發現是屏幕,就變成波的形態。


這個理論讓我想起了傳說中的:

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難道機器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日語「アトム」的發音直譯,詞語源自英語「Atom」,意即「原子」)

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這種扯淡理論居然沒被口水噴死,還要做實驗去驗證它,可見科學家們已經集體懵逼到了什麼地步。


第四次實驗:


事先,只有屏幕沒有攝像頭;


我們算好光子穿過縫的時機,等它穿過之後,再以迅雷不及掩耳之勢加上攝像頭。(等效於 1978 年惠勒延遲選擇實驗)


結果是啥?


無論加攝像頭的速度有多快,只要最終加上了攝像頭,屏幕上一定是兩道槓;反過來,如果一開始有攝像頭,哪怕在最後一刻秒秒鐘撤掉,屏幕上一定是斑馬線。


回到看球賽的那個例子,就好比:我先閉上眼睛不看電視,等球員完成射門、球飛出去 3 秒鐘後,我突然睜開眼睛,球一定不進,百試百靈。

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在你衝出門去買足彩之前,我先悄悄提醒你:這種魔咒般的黑科技,目前只能對微觀世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球這樣的大傢伙,量子還做不到啊!


請注意,加不加攝像頭,是在光子已經穿過雙縫之後再決定的。不管光子在穿縫的時候變成什麼形態,過了縫應該就定型了。


既然光子的狀態在加攝像頭之前就定型了,為什麼實驗結果還是能在最後一刻發生變化?


難道說,在之後做出的人為選擇(未來),能夠改變之前已經發生的事實(歷史)?


而且,加攝像頭的速度,可以做到非常快(40 納秒)。就算光子真的是個狡猾的微型變形金剛,當它變成波的形態穿過雙縫,在最後一刻卻發現面前是一個攝像頭時,它也來不及再次變身了吧?


「主觀決定客觀」「未來改變歷史」「外星人其實是無處不在的光子」……


好端端一個實驗弄得謠言四起,物理學家們紛紛感到幾百年來苦心經營的科學體系正在崩塌。


與之一起崩塌的,還有全人類的三觀。


量子魔法時代的大幕,正在徐徐拉開。


為了一隻貓的死活,100 年前的天才哲學家,學歷最高的足球運動員,撩妹無數的量子力學教授……他們都在糾結個啥?

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另一些人,卻恰恰相反——他們做任何事,都是為了糾結,下面我要說的,就是另一些人的故事。

學歷最高運動員

1908 年夏天。


丹麥,哥本哈根。


一名足球運動員正在思考自己的前程。


23 歲,是時候做個決定了。比自己小兩歲的弟弟,已經成為國奧隊的中場核心。在剛剛結束的倫敦奧運會上,哈那德·玻爾率丹麥隊 17:1 血洗法國隊,斬獲銀牌創造「丹麥童話」,一夜之間成為家喻戶曉的球星。


而我,作為丹麥最強俱樂部——哥本哈根 AB 隊的主力門將,居然從未入選國家隊,這簡直是一種恥辱。

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國家隊大名單裏怎能沒有我?


教練說我什麼都好,唯一的弱點是喜歡思考人生。


上次和德國米特韋達隊踢友誼賽,對手竟敢趁我在門框上寫數學公式的時候,用一腳遠射偷襲,打斷我的思路!最後一刻不還是被我的閃電撲救解圍,要是後衛早點上去堵槍眼,那場球踢完就可以交作業了。


是成為世界最偉大的門將,還是成為世界最偉大的物理學家,這是一個問題,我需要糾結一下。

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第一章裏我們講到,100 多年前,為了搞清光子究竟是波還是粒子,科學家們被一個貌似簡單的「雙縫干涉」實驗弄到集體「精分」。


這個實驗明白無誤地說明,光子既可以是波,也可以是粒子。


至於它到底是什麼,取決於你的 觀測姿勢


裝攝像頭觀測光子的位置,它就變成粒子;不裝攝像頭,它就是波!


我們曾經天真地以為,無論用什麼樣的姿勢看電視直播,都不可能影響球賽結果,可是在微觀世界中,這個天經地義的常識好像並不成立,這就是那麼多高智商理工男懵逼的原因。


但是在玻爾看來,將宏觀世界的經驗常識套用到微觀世界的科學研究上,純屬自尋煩惱。


通過常識,我們可以理解一個光滑小球的物理屬性;但是憑什麼斷定,組成這個小球的萬億億億個原子,也一定有著和小球完全相同的屬性?


憑什麼在微觀世界中,原子、電子、光子,一定要遵循和宏觀世界同樣的物理法則?


一般人糾結的問題無非是:量子世界的物理法則為什麼這麼奇怪啊……


只有天才,能夠直截了當問出關鍵問題:這些法則是什麼?


嚴格來說,量子理論是一羣人,而不是一個人創立的。但是如果一定要選出一個「量子力學代言人」的話,我覺得非玻爾莫屬,因為當別人糾結的時候,他第一個想通了。

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通過前面那些燒腦的實驗,玻爾總結了量子世界的三大基本原則:

  • 態疊加原理

在量子世界,一切事物可以同時處於不同的狀態(疊加態),各種可能性並存。比如,在雙縫干涉實驗中,一個光子可以同時處在左縫和右縫。這種人類無法想像的疊加態,纔是最普通不過的本質形態;而在我們看來「正常」的非黑即白,纔是一種特例。

  • 測不準原理

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貓、愛因斯坦和密碼學:我也能看懂的量子通信

神們自己

連扎克伯格未滿月的女兒,都讓他爹讀《寶寶的量子物理學》,你還在等什麼

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正文4:30,前面有興趣也可以看看

延遲選擇實驗中量子如何改變過去

哥本哈根詮釋是溯源坍縮。不過量子糾纏更有可能。

搬自b站Toucc


首先我們需要先來瞭解一下託馬斯.楊著名的雙縫實驗,這個實驗可以排的進科學史最經典實驗前十了。

就是把一個手電筒放在一張開了一個小孔的紙前邊,然後在紙後面再放上一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋。

這個實驗成了支持光的波動理論的絕佳例子,楊氏雙縫實驗也被稱為光的干涉現象,干涉這個名詞也是楊首次提出的。他證實了光纖通過平行且距離很小的兩個小孔,通過兩小孔頻率相同的光會發生互相影響投射出明暗相間的圖案

而這個實驗後來也為愛因斯坦的光量子理論提供了靈感,當你降低光的強度,直到每次只有一個光子進入整個實驗裝置時,奇異之旅就開始了。1905 年,愛因斯坦已經明確提出,單個光子是一個粒子。由此愛因斯坦提出的光量子理論,解釋了光電效應,並因此獲得了諾貝爾獎。

而這個雙縫實驗衍生的另外一個實驗——電子雙縫實驗試驗,可以說直接顛覆了整個世界。

我來和大家梳理一下背景,雙縫實驗是指光通過木板的狹縫從而射在屏幕上,而深入到微觀領域,那就變成了電子雙縫實驗,電子是以波的形式運動,由於存在干涉,穿過雙縫後會出現一道道痕跡。

不同數量的電子通過雙縫後在膠片上出現的干涉圖樣

但即使是一個個電子發射,也同樣會發生干涉現象,條紋清晰地出現在屏幕上,這究竟是發生了什麼事情?。

哥本哈根解釋為單個電子同時通過兩條縫隙,讓電子產生干涉,干涉條紋清晰的出現,說明電子的確是同時通過了兩條縫隙,電子的波粒二象性讓它通過縫隙時是波,然後與自己干涉,在屏幕上又展現出自己的粒子性,所以產生干涉條紋。但是愛因斯坦卻表示了反對態度,單個電子怎麼可能通過兩條縫隙,難道電子會分身術嗎?兩條縫隙的距離非常小(10∧-9米),但是對於電子來說,這個距離是電子身高的270億倍。

核模型原子和電子

但是單個電子的的確確通過了雙縫,產生了干涉。那麼電子究竟是怎麼樣做到的!這個問題不斷困擾著所有人!

既然你們都爭執不休,我們就用攝像機來觀察一下就好了嘛!

可這個時候詭異的事情發生了,當實驗人員加上設備感應電子的通過路徑的時候,干涉條紋卻消失了!無論實驗人員如何努力,干涉條紋都不再出現!

人們一觀測,電子就呈「粒子形式」運動;人們不觀測,電子就以波的形式通過雙縫,產生干涉,從而出現了條紋!

難道造物主真的存在,電子也存在著思想,這個問題不斷地困擾著科學家們!

而在1979年,也就是是愛因斯坦誕辰100週年,在他生前工作的普林斯頓召開了一次紀念他的討論會。在會上,愛因斯坦的同事,也是玻爾的密切合作者之一約翰·惠勒提出了一個相當令人喫驚的構想,也就是所謂的「延遲雙縫干涉實驗」。

那就是如果我們根據電子的速度,當確定它已經通過雙縫之後,迅速的在後面的板上放上攝像機,會出現什麼情況?

5年之後,馬裏蘭大學宣佈實驗已經成功,結果是當我們在確定電子已經通過雙縫後,迅速的在後面的板上放上攝像機的結果是—沒有干涉條紋!反之亦然,如果迅速的拿掉攝像機,又會出現干涉條紋,即使我們在決定拿掉攝像機的時候,電子已經通過了雙縫!

也就是說無論單個電子有沒有通過雙縫,只要我們一旦產生想貫徹的想法併產生了這個行為,那麼就不會產生干涉,條紋也就不會出現。

究竟是攝像機,影響了電子的行為,還是人類的意識,影響了電子的行為呢?也或者,真的是造物主不想人類發現這個宇宙的運行法則!

想了解具體完整實驗的可以去看視頻

這個實驗結果一出來,立馬轟動了科學界。可以說徹底顛覆了我們對世界的認識。世界或者說宇宙真的是有意識的嗎?

還是說即便過去的現象已經產生,但是攝像機的加入會讓過程發生了改變,這就意味著未來改變了過去,也就是人類的行為會改變過去的過程,從而不影響未來的結果!是否預示著我們的行為干涉了宇宙的過去,從而讓宇宙一直按照它既定的軌道運行。

當科學上升到一定角度,立馬變成了哲學!

而科學家決定把這個實驗上升到宇宙角度,

科學家觀察到,數百萬光年以外的某個恆星,它在向地球方向發出光子,而它中間會經歷一個質量巨大的星系,根據愛因斯坦相對論,這個星系將導致空間膨脹進而使光線彎曲,這個星系實際上相當於一個巨大的分光鏡,將光子分成上下兩條路徑。

而在最右側地球上的我們,設置兩個望遠鏡分別對準上下兩條光線通路,那麼每個望遠鏡將觀察到作為粒子性質的光子,不會發生干涉圖案,因為光子或者從上面繞過來,或者從下面繞過來。

科學家提出,用望遠鏡、光導纖維等工具,把兩條路上的光子引誘到延遲實驗裝置,從而完成星際版延遲雙縫干涉實驗

然而這個時候,每個望遠鏡將觀察到作為粒子性質的光子,並不會發生干涉圖案,因為光子或者從上面繞過來,或者從下面繞過來。

而如果我們改用分光器把上下兩個方向來的光線合併,我們卻可以再次得到光子自身的衍射圖案,從理論上來說,是的。作為粒子一路旅行過來的光子是無法產生衍射圖案的,必須是波纔行。

要知道,它們在數百萬年就已經出發,它們的旅程早已在出發前就已經被決定,也就說,當人類決定觀察它們的時候,它們在數百萬年前決定好的旅程路線就發生了變化!

惠勒後來引玻爾的話說,「任何一種基本量子現象只在其被記錄之後纔是一種現象」,我們是在光子上路之前還是途中來做出決定,這在量子實驗中是沒有區別的。歷史不是確定和實在的——除非它已經被記錄下來。更精確地說,光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間「到底」在哪裡,是個什麼,是一個無意義的問題,我們沒有權利去談論它,它不是一個「客觀真實」!惠勒用那幅著名的「龍圖」來說明這一點,龍的頭和尾巴(輸入輸出)都是確定的清晰的,但它的身體(路徑)卻是一團迷霧,沒有人可以說清。

然而惠勒的解釋依然沒有撥開這個實驗所籠罩的迷霧,即使是哥本哈根解釋也是等待驗證的假說。

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