但是如果你重复试验多次,电子落后挡板的结果展示了干涉——波的性质:
挡住其中的一条缝,干涉波纹就消失了
如果电子每次只是随机通过其中的一条缝,那么最终的试验结果应该是挡板上的两坨电子,然而事实不是这样,我们看到了干涉条纹。所以一个电子在双缝干涉试验中,并不是通过了其中的一条缝,而是“同时”通过了两条缝,并和“自己”发生了干涉。但是落在挡板上,被我们观察到,它就只能有一个位置了,这也就是“粒子”的性质。它落在哪里呢?答案是“概率决定”,落点的概率分布符合“波”的性质。也就说,落点位置被“波”所指引。
这提出了一种完全违背我们常识的,对于物质的认识。但是这是目前能提出来的最可信的,符合双缝干涉试验结果的解释。但是,我们该相信这个解释么?我们怎么知道,我们扭过头去不看的时候,这个粒子就变成了一锅“汤”?我的有办法在不“看”的情况下,“评估”它到底是不是“汤”么?观测这个动作真的有这么神奇么?它能影响物质世界?观测这个动作又怎么界定呢?如果你愿意接受挑战。请往下看。
实验二
下面,就是一个更加的诡异的试验:量子擦除试验。如果你理解双缝干涉试验还有些吃力的话,回头再仔细看看,理清头绪,然后闭上眼睛,按摩一下太阳穴。继续。
其实这个试验就是更加聪明的双缝干涉试验。在这个试验中,我们使用的是光子,而非电子。注意,光子有着和电子一样的波粒二象性。之所以使用光子,是因为光子有个非常好的性质:偏振性。所以你可以想象这是带着3D眼镜的双缝干涉——试验双缝干涉3D版!
理解这个试验还有一个重要的预备知识:量子纠缠态。这里不详细解释了,总之你需要知道,处于纠缠态的一对粒子,只要测量了其中的一个,另外一个粒子的状态也就是确定的,不需要测量我们也知道它的状态。就好比你只有2只袜子:红袜子和绿袜子。在观测之前,你每只脚上的袜子都处于“薛定谔猫”的混合状态,但是我观察了你的一只脚,这只脚的袜子状态就坍缩为单一的颜色:要么绿,要么红;但与此同时,另外一只脚的袜子颜色也混合状态也同时坍缩了,虽然我没有直接观察它。
试验中,光子的偏振性有四种:水平、垂直、顺时针、逆时针;
下面就是3D眼镜啦!四分之一波长片:
现在,我们的光子发射枪要开始试验了。它通过一种叫做下转换(down-conversion)的方式,一次发射两枚处于纠缠态的光子:光子进入我的探测光子偏振性的探测仪,假如说叫做M1,光子B进入双缝干涉试验装备,最终落到挡板上,挡板后面有个偏振性探测仪,假如叫M2.
带上3D眼镜后,光子通过眼镜的偏振性改变了,但是并不会改变试验结果的干涉条纹:
上面的图是试验台,下面的解释很重要。一定要搞清试验台是如何运作的。
1. 一道激光通过双缝版,打到BBO上,形成了两对纠缠态的光子;红色的光路表示光子通过了上面一道缝(缝A),蓝色的光路代表光子通过了下面一道缝(缝B)。请注意,光子的波长是完全一样的!不同的颜色只是为了逻辑的区分它们通过了哪一道缝;
2. D0的角色是上一个试验中最后观测挡板的角色,D1~D4是感光元件,图中的光路,从BBO至D1、D2、D3、D4的距离是完全一样的。是BOO到D0的两倍;
3. 如果没有D1~D4所有的设备,那么参考上一个试验,我们没办法知道某一个光子是通过红色光路到达D0、或是通过蓝色光路到达D0,光在D0上,形成了干涉的条纹;
4.BSa ,BSb,BSc是三面半银透镜,它有50%的几率使得光子透过,50%的记录使得光子反射。
红色光子的纠缠兄弟,有50%的几率击中D4,25%的几率击中D1,25%的几率击中D2;
蓝色光子的纠缠兄弟,有50%的几率击中D3,25%的几率击中D1,25%的几率击中D2;
5. A情况. 假如D4感光,那么我们就明确的知道,它的红色纠缠兄弟击中D0;假如D3感光,那么我们就明确的知道,它的蓝色纠缠兄弟击中D0。如此,我们就知道了D0上面每一个光子是通过哪条缝的了!这个时候,D0上的干涉条纹退化了,变成了两坨光印!
6.B情况. 假如D1或者D2感光,那么我们还是不可能知道D0上光子的光路情况,观测信息相当于被擦除了。干涉条纹就被复原了!
最暴力的哲学剃刀原则:“牛顿的火焰激光剑”
what cannot be settled by exeriment is not worth debating
不能被试验验证的问题,不值得辩论
量子力学可能是科学中我们存在“认识缝隙”最大最多的门类之一。当我们存在认识缝隙的时候,我们习惯于求助虚无,给我们一个轻松的解释,给我们安慰,缓解我们对无知的恐惧。这是人类的弱点:当我们恐惧的死亡的时候,我们创造了的幻想,诞生了无数死亡的邪教,给人类带来深重的灾难。
如今,当面对无知的时候,我们应该感到的是好奇和兴奋:一个更加广阔的宇宙等着我们探索。我很喜欢考虑哲学,我很喜欢哲学博士这个称呼(Doctor of Philosophy PhD),我认为它很符合我们对于知识的终极追求。
我明白她的意思,不过表达方式可能欠妥。我鼓励大家多考虑哲学,但是不要走火入魔。可能在考虑哲学问题之前,接受一点正规的哲学训练是必要并且有益的。
祝大家思考愉快。
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刘备(161年-223年6月10日),字玄德,东汉末年幽州涿郡涿县(今河北省涿州市)人,西汉中山靖王刘胜的后代,三国时期蜀汉开国皇帝、政治家,史家又称他为先主。刘备少年时拜卢植为师,而后参与镇压黄巾起义。先后率军救援北海相孔融、徐州牧陶谦等。陶谦病亡后,将徐州让与刘备。刘备早年颠沛流离,备尝艰辛,投靠过多个诸侯。赤壁之战时,与孙权联盟击败曹操,趁势夺取荆州。而后进取益州。于章武元年(221年)在成都称帝,国号汉,史称蜀或蜀汉。《三国志》评刘备的机权干略不及曹操,但其弘毅宽厚,知人待士,百折不挠,终成帝业。刘备也称自己做事“每与操反,事乃成尔”。