前面我們談到，量子力學為了保證其自身的不確定性，不惜使用難以理解的“波函數(shù)坍塌”方式，來避免我們?nèi)ヌ綔y它；更不惜去違背數(shù)學上強有力的貝爾不等式，來破解愛因斯坦的EPR佯謬；在這節(jié)當中，量子力學繼續(xù)展露它的鋒芒，逐步擊垮你心目中的現(xiàn)實，然后重塑你的世界觀。

3、延遲選擇：量子力學的關聯(lián)性，強到真的可以破環(huán)因果論？

量子力學強大到可以違背貝爾不等式，如果止于這里，那么你就太小看量子力學了，在這個實驗當中，量子力學繼續(xù)展示它的力量，甚至違背我們從未懷疑過的常識——前因后果論。

1979年，在紀念愛因斯坦誕辰100周年時，在愛因斯坦工作過的普林斯頓召開了一個討論會。會議上，物理學家約翰惠勒（John Wheeler）提出了一個令人吃驚的構想，也就是“延遲選擇實驗”。

延遲選擇實驗示意圖

實驗思路：用半鍍銀的反射鏡代替雙縫，光子槍每次發(fā)射一個光子，每個光子有50%的可能性通過反射鏡，另外50%的可能性被反射，這是一個量子隨機過程，與它選擇雙縫單縫本質(zhì)上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成45度角，那么它一半可能直飛，另一半可能被反射成90度角。在另外的全反射鏡，把這兩條分開的光路匯到一起。同時在終點處插入一塊呈45度角的半鍍銀反射鏡，如果我們仔細安排位相，我們完全可以使得在一個方向上的光子呈反相而相互抵消，而只在另外一個方向輸出。

我們看實驗結果前，先來討論一下，如果是發(fā)射光子速，那么這是實驗就變成了兩束光干涉，沒有特別的異常，但是我們現(xiàn)在是一個個發(fā)射光子。

根據(jù)經(jīng)典物理學，光子只能走一條路，具體走哪條路，由第一塊半透鏡的量子隨機性來決定，一切都沒有問題。然后我們一個個發(fā)射光子，單個光子由于沒有產(chǎn)生干涉的對象，所以只能在最后相聚的兩個方向上，各自形成一個光點，看似是很自然，也無懈可擊的推論。

再來看量子力學哥本哈根詮釋的解釋，第一個半透鏡的量子隨機性，會造成每個光子在兩條路上行徑的疊加，換句話說，此時每個光子必定同時沿著兩條途徑而來，在終點進行自我干涉，干涉方程會告訴每個光子落在干涉圖樣上每個點的概率，所以就算我們發(fā)射單個光子，最后還是會在單個方向上形成干涉圖樣，另外一個方向干涉相消（這里不是說光子落在屏幕上相消，而是光子根本不會出現(xiàn)在相消一側(cè)，這是有區(qū)別的，前者雖然光子消失但是留下的能量轉(zhuǎn)化為其他形式，后者是所有光子能量根本到達不了這一側(cè)）。

好了，經(jīng)典物理學和量子力學得到了截然不同的結果，實驗結果到底會怎么樣呢？

過了5年，科學家真做了這個實驗，實驗結果毫無疑問站在了量子力學的一邊，科學家們對量子力學的怪異已經(jīng)習以為常了，實驗結果符合哥本哈根詮釋的預言，一旦我們在中途利用探測器，檢測光子到底走了哪條路，實驗結果立馬回到經(jīng)典物理學。

聽起來怪神秘的，一個光子分身同時走了兩條路，最后在終點處造成自我干涉，沒錯，就是這樣的，這就是量子力學的解釋，這就是哥本哈根學詮釋必然的結果。但是有的人可能會想：這也沒什么啊，就算光子同時走了兩條路徑，也沒什么大不了，量子力學是禁止我們同時在兩條路上檢測到到光子的，因為我們一旦在第二反射鏡后面加入光子檢測器，根據(jù)波函數(shù)坍塌原理可知，此時光子的波動性將會消失，和雙縫干涉實驗一樣，并沒有什么矛盾。

其實，這個實驗的精妙之處還沒開始，繼續(xù)我們的實驗，我們可以在光子槍發(fā)射的光子通過第一個半透鏡之后，再人為決定是否放置光子探測器，此時光子無論是隨機經(jīng)過哪一條路徑而來，還是同時經(jīng)過兩條路徑而來，光子都已經(jīng)做了選擇，這時候我們再去放置光子探測器，這時候還會發(fā)生干涉嗎？我們會在兩條路上檢測到同一光子的兩個分身嗎？

實驗結果，毫無疑問地再次支持量子力學，一旦我們放置光子探測器，干涉就消失，光子只會選擇一條路徑而來，具體哪一條路徑由第一塊半透鏡隨機決定，無論你的光子探測器在什么時間放置，都不影響量子力學先前預言的結果。

有人會想，或許光子沒有同時通過兩條路，光子始終只走了一條路，只是另外一條路影響了它！這是個很好的詮釋，如果這樣解釋，那么將造成一個更嚴重的問題——如果光子如果只走了一條路，那么它是如何知道另外一條路的存在的，它是如何知道另外一條路的光程（如果它不知道光程，就無法干涉），單個光子落到其中一個屏幕上，那么我們就確定了它走哪條路，如果我們只改變另外一條路的光程，那么干涉圖樣必定有變化，可是單個光子只走了讓它干涉方向的路，另外一條路如果它沒走，它怎么知道如何改變相位差呢？這似乎也讓人更難以接受，是的！除了接受哥本哈根詮釋之外，我們目前似乎沒有更好的解釋。

從因果關系看來，光子選擇通過一條路徑，還是選擇同時經(jīng)過兩條路徑，居然可以是在它做出選擇之后，我們再決定是否放置探測器時再進行選擇，這完全破壞了前因后果論，光子在未來是否被檢測居然可以決定它之前的選擇。

如果我們止于這里，那么你就再次太小看了量子力學，如果你仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，實驗過程，并未對這個顛倒的因果時間間隔做限制，我們可以利用這個實驗，用未來任何時候的“因”；來決定我們現(xiàn)在這個時刻的“果”，有人肯定在想，是不是可以讓未來的我，告訴我明天的雙色球號碼。。。嘿嘿（夢想還是要有的，萬一哪天實現(xiàn)了呢?。?/p>

引力透鏡

大家自己去想想難點在哪吧！不過我們可以設計這么一個實驗，比如利用引力透鏡效應，十億光年外的光到達地球進行干涉，按照延遲選擇實驗思路，我們可以經(jīng)過巧妙的設計，讓我們現(xiàn)在做的事，決定這個光子，在十億年前選擇走哪條路線，是不是覺得不可思議，現(xiàn)在的我們居然可以改變十億年前的事。

這個實驗，聽起來很科幻，是不是哪里出了問題，我們換個角度，按照主流理論——宇宙大爆炸理論（存在爭議），在137億年前，宇宙所有物質(zhì)能量都是聚在一起的，也就是說宇宙的一切，在大爆炸初都是關聯(lián)在一起的，無論現(xiàn)在相聚多遠，至少曾經(jīng)“在一起”過，或許正是因為這樣，這種關聯(lián)一直保持到現(xiàn)在，大爆炸的初始狀態(tài)已經(jīng)決定了今后的一切…………別??！這不是回到了決定論嗎，NO。NO。NO。。。這只是一個腦洞大開的想法而已，大家不用緊張，目前沒有任何實驗支持這點，所以我們選擇無視吧！

但是物理問題居然上升到哲學話題了，這讓唯物主義者，似乎有點難受，如果在這里你只是難受，那么下面一個實驗，將會讓你“病得不輕”。

4、薛定諤的貓：存在或者不存在，這是關鍵所在！

“薛定諤的貓”是由奧地利物理學家薛定諤，于1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗，薛定諤是愛因斯坦的追隨者，為了指出量子力學的不完備性，它精心設計了這個思想實驗，該實驗直指量子力學不確定性原理到宏觀過渡的邊界問題。值得一提的是，雖然薛定諤極力反對哥本哈根詮釋，但是他提出的薛定諤方程，卻成了哥本哈根詮釋的基本方程之一，看來科學家對科學的貢獻，從來就不以科學家的站隊來區(qū)分，就如愛因斯坦對量子力學的貢獻一樣，科學總是在泥濘的道路上，磕磕碰碰地行徑，而科學家們，正是鋪平道路的先驅(qū)者，雖然偶爾會走錯路，但是每個時代，總會出現(xiàn)超越他那個時代的天才，把科學帶回正確的道路上。

薛定諤的貓

實驗是這樣的：在一個盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會衰變，并釋放出毒氣殺死這只貓；同時有50%的概率，放射性物質(zhì)不會衰變，而貓將活下來。

根據(jù)經(jīng)典物理學，在盒子里面，必將發(fā)生“貓活下來”和“貓被毒死”兩個結果之一，而外部觀測者，只有打開盒子才能知道里面的結果。但是在量子的世界里，當盒子處于關閉狀態(tài)，整個系統(tǒng)則一直保持不確定性的疊加態(tài)，即貓活和貓死的疊加，一旦我們打開盒子觀察，波函數(shù)坍塌，疊加態(tài)的貓又回到經(jīng)典物理學，這是哥本哈根詮釋的必然結果。

該實驗一提出來，愛因斯坦興奮不已，心想終于攻擊到量子力學的軟肋了，并洋洋得意地，對波爾拋去一句極具諷刺的話“難道我們不看月亮時，月亮就不存在”！

波爾和愛因斯坦在一起討論問題

此時，波爾對愛因斯坦的的反駁已經(jīng)習以為常了，剛開始并未覺得這個實驗有什么特別之處，或許又是愛因斯坦搞得什么鬼名堂。不過當他仔細研究該問題時，就發(fā)現(xiàn)問題大了。該思想試驗，成功地把微觀的不確定性帶到宏觀世界，我們看一眼就足以決定貓的生死（注意不是發(fā)現(xiàn)，而是決定），在打開盒子前，波函數(shù)彌漫在整個封閉系統(tǒng)中，其中的貓也不例外，世界萬物都有量子組成，每個量子都存在不確定性，那么組成宏觀物質(zhì)的實體，也是眾多不確定性的疊加，包括整個月球，當我們用波動力學去描述月球時，月球似乎也被概率包圍，雖然概率很小很小，但是波函數(shù)下的月球，確實有消失的可能性（概率小到從宇宙誕生到結束，再進行幾個輪回都不太可能發(fā)生），但是數(shù)學中不能忽視這個概率，這也正是愛因斯坦的月球比喻，正中量子力學要害的原因。

哥本哈根詮釋對于這個思想實驗的解釋，似乎也不想觸及“客觀規(guī)律不隨人的意志為轉(zhuǎn)移”，只是委婉地解釋到：在打開盒子的瞬間，彌漫在盒子中的波函數(shù)坍塌，波動力學方程可以精確預言所有可能性。

該實驗只是思想實驗，無法具體實施，所以一直處于爭論，好消息是近年，有科學家在實驗室，做出了相類似的實驗，當然不是用“貓”做實驗，而是科學家發(fā)現(xiàn)了某些粒子存在疊加態(tài)，既相當于這個實驗中的“半死半活的貓”。

為了解釋這個不可思議的思想實驗，科學家提出各式各樣解釋，比如平行宇宙詮釋，導航波詮釋等等，其中“平行宇宙理論”被大量影視作品引用而被大眾熟知。

它描述到，我們的每次選擇，宇宙就分裂成兩個宇宙，一個宇宙的貓活了下來，一個宇宙的貓死了，至于我們看到的是哪種情況，完全取決于我們存在于哪個宇宙。

該解釋的優(yōu)點是：波函數(shù)從未坍塌，薛定諤方程始終成立。但是我們的每次選擇，宇宙就進行一次分裂，牽一發(fā)而動全身，有點難以接受，但是比起波函數(shù)坍塌，貝爾不等式實驗，哪個沒有讓人不安呢！至于誰對誰錯，至今沒有定論。

存在或者不存在，這是關鍵所在！或許莎士比亞早已參透這一切。

5、偏振鏡實驗

量子波動力學告訴我們，光顯現(xiàn)波動狀態(tài)時是橫波，麥克斯韋爾的電磁學也能得到同樣結果。

偏振鏡實驗示意圖

實驗過程：實驗需要3個偏光鏡，當A，B兩個偏光鏡的偏振方向成90度，光線無法同時穿過這兩個偏光鏡！

但是，在中間放入第三個偏光鏡C，調(diào)整第三個偏光鏡C的角度，會發(fā)現(xiàn)有光線同時穿過了3個偏光鏡！

當?shù)谌齻€偏光鏡C成45度時，有1/4的光線穿過了三個偏光鏡，如果去掉中間一個偏光鏡，則光線被全部擋住！

這是個非常違反常識的實驗，該如何解釋該現(xiàn)象？實驗到底隱藏了量子力學的什么秘密？這個問題留給讀者朋友們?nèi)ニ伎及伞?/p>