雙縫干涉實驗證明了因果律是錯誤的？

天選小丑 2017-10-07

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面再放一張紙，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，這就是現(xiàn)在眾人皆知的雙縫干涉條紋。

那再來通俗解釋一下量子雙縫干涉實驗：一顆電子通過了夾縫，在屏幕上出現(xiàn)的位置并非夾縫的直線投影，而是偏折了一個角度。累積很多電子的話，會產(chǎn)生干擾條紋，這些電子好像分身似地同時通過了兩道夾縫并產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。但，假如我們在每條夾縫中各安裝了探測器，電子又變得只會選擇其中一道夾縫通過，不會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

這個解釋不夠通俗的話，再給大家這樣介紹。在宏觀世界中，以玻璃球為例。我們讓玻璃球射過開了一道縫的擋板，大家知道，玻璃球會在后墻留下的痕跡，是一條線。射過開了兩條縫隙的擋板，在后墻也是兩條線。如下圖。

當(dāng)把玻璃球換成水波的時候，開一條縫，在后墻上也會出現(xiàn)一條線。開了兩條縫的，就會出現(xiàn)干涉條紋。如下圖。

那么量子世界是咋樣的呢？將玻璃球換成電子，通過一條縫隙時候，后墻上只有一條線。如下圖。

通過兩條縫隙時候，后墻上出現(xiàn)干涉條紋。如下圖?？茖W(xué)家在想，這么小的電子是如何出現(xiàn)干涉條紋的。他們設(shè)計了單電子干涉實驗。讓一個電子通過一條縫隙，后墻也只出現(xiàn)一條線。可是讓人奇怪的是，當(dāng)開了兩條縫隙時候，竟然出現(xiàn)了干涉條紋現(xiàn)象。這該怎么解釋呢？如下圖。

這該怎么解釋呢？明明電子一個個射過雙縫的。怎么還出現(xiàn)了衍射條紋。科學(xué)家想看這是怎么發(fā)生的，難道一個電子同時穿過了兩條縫隙？如下圖。

更讓人不解的是，當(dāng)用攝像機試圖看著電子的時候，干涉條紋竟然消失了。不看的時候，干涉條紋又出現(xiàn)了。觀測竟然也能影響電子行為？它知道我們在看它？如下圖。

這就是電子雙縫衍射實驗，所以費曼說：“電子雙縫實驗是量子力學(xué)的中心區(qū)域，研究量子力學(xué)，這個問題不可避免。”

好，如果你明白了雙縫干涉實驗，那我們再來說說延遲選擇實驗。

延遲選擇實驗，就是當(dāng)年眾多的理想實驗中，幫助大家最終接受上面這一大段論斷的實驗之一。等效到雙縫干涉上來說，延遲選擇實驗就相當(dāng)于在兩條縫上都分別裝上粒子探測器。打開探測器開關(guān)，我們就能夠知道某個粒子究竟是從哪個狹縫中過來的；關(guān)掉探測器開關(guān)，我們就不能知道粒子的來源。首先我們發(fā)現(xiàn)，打開探測器開關(guān)，我們得到的是兩個單縫衍射條紋；而關(guān)閉探測器，我們得到的是雙縫干涉條紋，這個結(jié)果就是薛定諤貓想要說明的東西。進一步我們發(fā)現(xiàn)，即便粒子已經(jīng)通過了狹縫，如果我們這時撥動探測器開關(guān)，條紋仍然會發(fā)生相應(yīng)變化，然而依照經(jīng)典理論，不論粒子在雙縫處發(fā)生了什么，當(dāng)粒子通過雙縫之后都不應(yīng)該再被雙縫所干擾了；這個結(jié)果就好像雙縫的影響被「延遲」到粒子運動到屏幕的那一刻才體現(xiàn)出來，所以叫做延遲選擇實驗。

恐怖的問題來了，為什么粒子明明已經(jīng)通過了夾縫，我們再去改變探測器開關(guān)，條紋為什么還會發(fā)生變化，難道現(xiàn)在的變化改變了過去發(fā)生的事情，因果律崩塌了？

解釋一：一切都是你現(xiàn)在創(chuàng)造出來的，包括時間、空間與萬物量子力學(xué)的核心實驗是波粒二象性。

這個實驗帶給我們的結(jié)果是：當(dāng)你去觀察一個光子時，它瞬間就會崩潰為實在的物質(zhì)粒子。在你觀察之前，光子是以擴散著的波的方式彌散在整個宇宙空間中的。彌散的意思是：一個光子可以同時存在于空間中的許多個地點。同時，一個地點也可以同時被許多個光子占據(jù)著。光子到底是波還是粒子？實際上你無法描述光子到底是什么以及它以何種方式存在著。你只能這樣描述它：光子即是波也是粒子。在你看到它時，它是粒子。在看到它之前，它以波的方式存在著。

為什么光子的波粒二象性證明了時間、空間與萬物都是你現(xiàn)在創(chuàng)造出來的呢？首先相對論證明，時間不是一個客觀實在的東西，本質(zhì)上只是對物質(zhì)相對運動距離的測量。例如，一天是對地球自轉(zhuǎn)一周的測量。一年是對地球環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)一周的測量。一秒鐘是把對地球自轉(zhuǎn)一周的距離劃分為了86400份，每一份就是一秒鐘。在一秒鐘內(nèi)陸球轉(zhuǎn)動了463.842593米的距離。國際協(xié)議將特定銫原子共振的正確頻率定義為9,192,631,770Hz，即把銫原子共振了9,192,631,770次定義為一秒鐘的時間。如果銫原子不再振動了，對于銫原子來說，時間也就停止了。所以，如果世界上沒有物質(zhì)，就不存在任何物質(zhì)間的相對運動。如電子圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)、原子的振動、分子間的相對運動、地球的轉(zhuǎn)動等。如果沒有任何物質(zhì)的相對運動，就不存在任何的時間。所以世界的存在是以物質(zhì)為首先存在，然后才出現(xiàn)時間和空間的。

然而波粒二象性證明：只有在你明確意識到一個光子時，光子才成為了物質(zhì)存在。即，只有在你去觀察了銫原子時，它才成為了存在，進而帶來了振動，帶來了時間和空間。所以是意識首先讓物質(zhì)粒子成為了實在，然后才出現(xiàn)了物質(zhì)間的相對運動，最后才出現(xiàn)時間和空間的。因為光子、電子等基本粒子組成了世界上的一切物質(zhì)，在你沒有意識到一個粒子之前，它是不存在的。所以由基本粒子組成的花朵、浮云、女兒、飛機、上海、月亮，直至銀河系、整個宇宙，只有在你去觀察了他們時，才瞬間被你“看”了出來。在看出他們存在的同時，你即刻創(chuàng)造出了時間和空間。

解釋二：所有在不同時間發(fā)生的事件就如同是在同一時間發(fā)生著的那樣發(fā)生著，一切皆是因果

當(dāng)你用一臺光子發(fā)射器向帶有雙縫的擋板同時發(fā)射七萬個光子，就會在后面的檢測屏上看到一幅光子的干涉條紋。當(dāng)你繼續(xù)以這個頻率發(fā)射七萬個光子后，竟然在檢測屏上看到了與同時發(fā)射七萬個光子一模一樣的干涉條紋。那么這種現(xiàn)象又有什么奇怪嗎？換種說法你就明白了。想象一下，假設(shè)把檢測屏上的干涉條紋轉(zhuǎn)換成“七萬”的字樣。兩個字由七萬個小點組成。在第一種情況下，七萬個人共同在同一時間、同一張紙上，每個人點上一個點，合力點出了“七萬”的字樣。

說明：在光子世界中每一秒鐘發(fā)生的事件如果換算成我們?nèi)粘＝?jīng)歷到的時間就是十年。這種換算的原理是：當(dāng)你以光速飛行，你的時間就停止了。所以本質(zhì)上時間等于空間的距離：一秒鐘等于30萬公里的距離。用通俗易懂的比喻來說，光一秒鐘走30萬公里，而你要想走完30萬公里，需要步行十年。因此在光子的世界中，一秒鐘等于我們?nèi)粘Ｉ钪械氖陼r間。在第二種情況下，在七十萬年中，每隔十年都會出現(xiàn)一個人。每一個人都在自己單獨擁有的一張紙上點上一個“點” （注意：是單獨的一張紙，而不是共同的一張紙。為什么呢？因為在實際檢測中，在光子打在檢測屏上后，就瞬間消失了。干涉條紋是將所有光子曾經(jīng)出現(xiàn)的位置進行記錄后形成的）。七十萬年后，當(dāng)把所人總計七萬張紙交疊在一起后，竟然組成了與七萬人在同一時間、同一張紙上點出的一模一樣的“七萬”字樣。這樣的事情只能讓你做出這樣的想象：七萬個人中的每一個人，雖然他都看不到在他之前的所有人把“點”點在自己手里紙張的位置，但是他就好像是知道每一個人都將“點”點在了哪里，也都知道在他之后的所有人會把 “點”點在哪里那樣，他在自己手里的紙張上點上了自己的“點”，然后最終組成了“七萬”的字樣。如果不是這樣的話，即如果每一個人都不知道其他任何一個人會把自己的“點”點在哪里，最后形成的就只能是一團“亂點”而不會形成“七萬”的字樣。

這種匪夷所思的事件所帶來的結(jié)果是：在空間相距無限遙遠，時間相隔無限久遠的情況下，世界上發(fā)生的一切事件，就好像是他們在同一時間、同一空間中發(fā)生著的那樣發(fā)生著。我們所存在的世界是由物質(zhì)組成的，所有的事件都只是一種物質(zhì)的運動。例如神經(jīng)細胞、神經(jīng)電流的運行及其所帶來的感覺、思想，奔馳的汽車、旋轉(zhuǎn)的月亮、碰撞的星系，等等。所有這一切事件的發(fā)生發(fā)展以及事件之間的相互關(guān)聯(lián)性都是徹底擊穿一切時間和一切空間的限制而相互聯(lián)系在一起那樣發(fā)生著。這個實驗完全擊碎了人們?nèi)粘ＵJ為的世界上的一切事件是依據(jù)時間、空間而存在的因果定律發(fā)生的認知。真實存在的因果是不受一切時間和一切空間的限制而發(fā)生著的。相對論告訴我們時間與空間是糾纏在一起的。以上實驗則告訴我們非常識的因果不在時間空間中發(fā)生，真實的因果是穿越一切時間和一切空間發(fā)生著的。因此所有的物質(zhì)在空間中所處的位置及其運動，在你意識到他們的當(dāng)下就被固定了。也許那個時候你只是一歲、三歲或者十五歲。實際上，沒有那個時候，只有現(xiàn)在。是現(xiàn)在決定了過去與未來！是現(xiàn)在的“看”決定了你的命運。為什么呢？因為在現(xiàn)在你的“看”之外，一切都是以波的方式存在著的。

解釋釋三：過去沒有發(fā)生，只有在你意識到它的時候，才瞬間創(chuàng)造出了它的歷史

在你沒有觀察到一個光子時，它的過去狀態(tài)是不確定的。在實際檢測中是這樣進行的：當(dāng)人們用光子探測器在雙縫處做出觀察時，一個光子會以一個點粒子的方式穿過其中的一條縫。當(dāng)人們撤除光子探測器，不去觀察雙縫處，就會在后面的檢測屏上看到光子形成的干涉條紋，這證明了“一個光子”是以一道波的方式同時穿過兩條縫隙的。這種情況就像是一個人同時穿過了兩道門進入房間中一樣。真的是“看”決定了光子的狀態(tài)（波或粒子）嗎？為了能夠進一步驗證這點，1979年，約翰·惠勒（美國自然科學(xué)院院士，曾任美國物理學(xué)會主席）在普林斯頓大學(xué)紀念愛因斯坦100周年誕辰會議上正式提出了延遲選擇實驗。延遲實驗的意思是，在光子已經(jīng)穿過雙縫，且未到達檢測熒屏之前，再選擇決定是否在雙縫處照上光子探測器。這時光子是以波還是以粒子的方式穿過雙縫的事件已經(jīng)發(fā)生了，按照一般人們常識的理解，這時再決定是否照上光子探測器，不應(yīng)該再對光子的運動狀態(tài)（波或粒子）產(chǎn)生影響。

薛定諤的貓

延遲實驗的目的是為了回答：已經(jīng)發(fā)生的事件，在一個人沒有意識到它之前，是否是不確定的？一個人的意識是否可以改變已經(jīng)發(fā)生事件的發(fā)生發(fā)展及其存在的狀態(tài)？詳細說明一下實驗設(shè)置：假如一個光子從光子發(fā)射器出發(fā)到擋板的雙縫處用時1秒鐘。光子穿過雙縫到達后面的熒屏上又用時1秒鐘。延遲實驗的意思是，在發(fā)射出光子1.5秒鐘后，再決定是否放上光子探測器。因為這時光子是以粒子，還是以波的方式穿過雙縫的事件已經(jīng)發(fā)生了，所以按照一般常識的理解，延遲所做出的決定（放上或不放上光子探測器）是不會影響已經(jīng)發(fā)生事件的。然而最終得到的確定性實驗數(shù)據(jù)竟然是：在1.5秒鐘時，你所做出的決定（觀察或不觀察）依舊可以逆0.5秒鐘的時間決定光子是以粒子的方式還是以波的方式穿過雙縫。延遲選擇實驗帶給我們的結(jié)果是：現(xiàn)在我們看待事物的方式會逆時間改變我們還沒有意識到的、但卻已經(jīng)發(fā)生過的事件。是你的“看”，不但創(chuàng)造出了現(xiàn)在，而且還在改變著過去已經(jīng)發(fā)生的事件！舉個例子。例如上午9點鐘，你在站臺上等待一列從廣州出發(fā)，經(jīng)過上海，終點是北京的火車。在8：30時，雖然你在站臺上沒有看到開過來的火車，但是你在大腦中會認為火車在15小時之前，已經(jīng)從廣州出發(fā)了，再有30分鐘就會到達上海站了。實際上你的這種認為是符合常識認識的，但卻是錯誤的。真實情況是：在你沒有明確意識到（看到、聽到、觸摸到）火車之前，火車實際上在廣州到上海之間的火車線路上是無處不在的。同時，火車也有可能在太平洋中、珠穆朗瑪峰上，甚至月球上。

在你沒有明確意識到火車之前，如在9點整你看到火車之前，你的任何決定都瞬間改變著火車的運行狀態(tài)。例如你打了一個電話給廣州火車站，或者仰望了一下天空，甚至一顰一笑，你都在決定著火車是否會晚點、脫軌，或者根本就沒有從廣州出發(fā)等等事件。再例如，在你沒有得到確定結(jié)果之前擔(dān)心家人的安危，擔(dān)心某個事件的成敗，擔(dān)心化驗單的檢查結(jié)果，等等。所有你認為已經(jīng)發(fā)生的事件，在你沒有明確意識到它之前，都是不確定的。而你都可以通過現(xiàn)在的意識決定過去一切事件的發(fā)生發(fā)展及其結(jié)果。因此，你現(xiàn)在的決定和認知方式（善或惡的）會逆時間改變著0.5秒鐘之前，一分鐘之前，一天之前，一年之前，直至所有過去時間中，你認為已經(jīng)發(fā)生的，但還沒有被你明確意識到的事件的發(fā)生發(fā)展。同時，你也決定著一天后、一年后，直至所有你認為的未來時間中，還沒有意識到事件的發(fā)生發(fā)展。在你沒有明確意識到一個事件之前，你都可以通過現(xiàn)在“看”的方式對其造成決定性的影響。