神奇的双缝干涉.doc

延迟选择？神奇的双缝干涉实验人们都认为，我们如今的世界是由过去的世界演化发展而成的，是经历了无数的历史事件之后的结果这是我们所看到的事实，这也符合因果论但现在有个实验告诉我们一个看似很荒唐的结论：我的现在的行为可以对过去产生影响！延迟选择实验是美国理论物理学家惠勒（John. A. Wheeler，1911－）在 1979 年提出的一个思想实验，它把哥本哈根学派的思想推倒了极端延迟选择实验是对玻尔—爱因斯坦辩论中曾讨论过的分光实验的推广，而分光实验，又是量子双缝实验的一个变形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牛顿把光解释为粒子，给它赋予一个实在性更强的本性在当时的物理学看来，粒子是物质实体，而波只是物质的运动方式，其本身不具有实在性但，杨氏实验则证明光是一种波，取消了光的实在性 1905 年，爱因斯坦的光电效应实验及其光量子理论，又复活了光的粒子说1924 年，德布罗意提出波粒二象性1927 年，电子的晶体衍射实验证明电子确实具有波动性。

波和粒子这两种物质形态现在成为一个统一的物质实在的两种表象双缝实验也可以用电子进行同样，如果我们把光强减弱，使得从光源处发出的光不是一束光波，而是一个个光子，其结果类似于一个个电子的情形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对此，可能的解释是：①将要发出的光子能够与已经打在屏上的光子发生干涉但是这意味着一个尚未发生的事件能够与已经结束的事件发生作用，违反时间因果律所以有②，每个光子都和自己干涉这意味着每个光子自身都同时经过两个狭缝则必须假设，光子是以波的形态通过狭缝的，故能与自己干涉在打到屏上之前，又变成一个粒子，随机落到屏上某点而这个随机点又遵从某种几率分布，使得大量光子呈现出干涉条纹这种让一个光子同时走两条路的解释在宏观世界是不可能的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？一个可能的解释是：①光子具有某种智能，它知道前面是单缝还是双缝这显然不是一个物理学的解释于是有②，每个光子都以波的状态通过缝隙，不论是单缝还是双缝如果是双缝，就和自己干涉，如果是单缝，就自己衍射但是这个解释仍然没有解释：光子怎么知道前面是单缝还是双缝2 延迟选择实验： 分光实验爱因斯坦借用麦克尔逊—莫雷的光行差实验装置，把双缝实验变成了分光实验，二者的物理意义是相同的实验装置见图 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，但更加简明如果不放第二块半透镜 BS2，测量结果会表明，光子只是走过其中一条路线 M1或 M2到达 I2处如果放置第二块半透镜 BS2，测量结果会表明，光子同时走过两条路线 M1与 M2到达 I2处，并发生干涉 3. 延迟选择：还原论与整体论解释 爱因斯坦认为，一个光子不可能既能只走一条路线，又能同时走两条路线这表明量子论是自相矛盾的玻尔用其互补原理进行解释，认为两者并不矛盾，因为这是两个不同的实验，而关键的是不可能同时做两个实验于是，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惠勒关于延迟选择实验的突破：1979 年，在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰 100 周年的专题讨论会上，惠勒正式提出了延迟选择的思想：即当光子已经通过 M1、M2 之后再决定是否放置半透镜 BS2如果放，我们可以说光子同时走过两条路；如果不放，则只走一条这样就导致了一个怪异的结论：观察者现在的行为决定了光子过去的路线这个思想实验并没有限制实验室的尺度，M1、M2 两条路线原则上可以无穷长，几米、几千米乃至几亿光年都不会影响最后的结论观察者现在的行为所决定的过去可能是非常遥远的过去，甚至远到人类还没有诞生的宇宙早期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！。