谁能解说下因果颠倒的 延迟选择实验 ?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 20:58:38


  1979年是爱因斯坦诞辰100周年,在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论会。在会上,爱因斯坦的同事,也是玻尔的密切合作者之一约翰?惠勒(John Wheeler)提出了一个相当令人吃惊的构想,也就是所谓的“延迟实验”(delayed choice experiment)。在前面的章节里,我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了,根据哥本哈根解释,当我们不去探究电子到底通过了哪条缝,它就同时通过双缝而产生干涉,反之,它就确实地通过一条缝而顺便消灭干涉图纹。惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出,我们可以“延迟”电子的这一决定,使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条!

  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。

  这样稀奇古怪的事情说明了什么呢?

  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!在薛定谔的猫实验里,如果我们也能设计某种延迟实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活!比如说,原子在1点钟要么衰变毒死猫,要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否,我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活!



  1979年是爱因斯坦诞辰100周年,在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论会。在会上,爱因斯坦的同事,也是玻尔的密切合作者之一约翰?惠勒(John Wheeler)提出了一个相当令人吃惊的构想,也就是所谓的“延迟实验”(delayed choice experiment)。在前面的章节里,我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了,根据哥本哈根解释,当我们不去探究电子到底通过了哪条缝,它就同时通过双缝而产生干涉,反之,它就确实地通过一条缝而顺便消灭干涉图纹。惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出,我们可以“延迟”电子的这一决定,使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条!

  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。

  这样稀奇古怪的事情说明了什么呢?

  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!在薛定谔的猫实验里,如果我们也能设计某种延迟实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活!比如说,原子在1点钟要么衰变毒死猫,要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否,我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活!

2011-10-2 01:17 上传



    如果在终点处也插入一块平板透镜BS2,通过分别调整BS1-M1-BS2和BS1-M2-BS2光程,可以使这两部分光到达BS2时的出现相位差,干涉叠加后,可以使光在水平方向或者在竖直方向上“互相抵消”,最后只在竖直方向或者水平方向上检测到光。
    如果光源弱到每次只发出一个光子,经过足够长的时间,你还是可以看到同样的干涉结果,这说明每个光子自己会沿M1和M2两条路径到达BS2,并发生干涉,这种干涉因为是自己和自己的干涉,所以也叫自相干(事实上,对于可分辨的两个以上的光子,是不存在相干现象的,只有不可分辨的多个光子,如激光中的光子,才存在相干现象)。
    因此,放不放透镜BS2,就可以决定了光子走一条路径还是走两条路径。1979年,惠勒提出了延迟选择实验的思想:由于光传播需要时间,我们可以在光子走过M1、M2的时间之后、到达I2前,再来决定放还是取走透镜BS2,问题是检测到的结果是依据决定前的状态还是决定后状态呢?比如说吧,原来没有透镜,之后才放透镜,这样会看到什么现象呢?
     按通常的想法光子通过了第一块半镀银的反射镜BS1后已经选择了怎么走,从时间上看,也已经过了M1或者M2,也就是光子只沿着某一条路径而来,应该不会再发生干涉现象。可惜,实验的结果确是:光子还是选择了同时经过两条路径而来。
实验结果似乎表明,我们现在的选择(观测行为)改变了光子过去的“选择”。这显然是违反因果律的。
    按照哥本哈根学派的代表人物玻尔的话说,“在观察发生之前,没有任何物理量是客观实在的”。惠勒也认为,不能简单的把光子的路径分成前后几个时段,光子从入射开始,直到被记录的那一刻,光子及其路径始终是一个整体,在光子路径上的任何检测,都会改变光子路径的最终表现行为,与路径的距离无关,无论是几米百米或亿光年。
    所以,对于从光源发出光子、到这个光子被检测到之前这段时间内谈论这个光子所处的状态是没有什么意义的,就好像这个光子失去了“这段时间”,直接跳到了检测到的那一刻,而那一刻的光路结构,确定了检测结果。当然也可以说是这段时间“失去了光子”。
    引申一下,哥本哈根的思想不仅仅只适合于量子力学,也是我们保持客观态度看世界的基本原则。我们通过观察来理解这世界,所以一切不可观察的东西对我们来讲是没有什么意义的,也不值得主观地猜测臆断。下面再说一个相对论例子。
    这个个例子是引力红移,光脱离强引力场,会发生红移,有人会问,红移发生在传播过程中还是被检测的那一刹那?比如光脱离光源时原来没有引力场,在光被检测前突然有了引力场,红移结果应该怎么计算呢?我想答案应该很明确了吧?
    爱因斯坦创立了相对论,谈及时间曾经说过:“过去、现在、将来的区别,只是一种幻觉,不管人们怎么坚持这种区别也没有用”。不过,相对论强调的是时间与观察者相关,而量子力学的结论更加普遍,那就是一切实相都与观察者相关
这世界真疯狂
我们必须得出这样的结论,我们这个测量的行为,不仅把光子自身历史的性质展现给我们,而且,在某种意义上,决定了光子的历史。宇宙过去的历史并不比我们通过现在的测量指定给它的历史具有更多的合理性!...
宇宙是一个巨大的整合体(grand synthesis),其全部时间中的一切以一个整体全盘端出。其历史不是我们通常理解的历史。它不是一件事情跟随着另一件又另一件。而是一个整体(totality),其中“此时”之所发生赋予“彼时”之所发生以实在性,甚或决定彼时之所发生。(John. A. Wheeler and Kenneth Ford. Geons, Black Holes and Quantum Foam. New York: W. W. Norton & Company. 1998. P337-338.)
是说因果性和时间先后无关,现在的行为可能是填补先前历史的因。
时间流逝是一种幻觉,就像时间轴上往前和往后仅仅是个坐标决定位置而已并不代表方向。一个物体应该是这个物体所有事件的集合,或者说包含事件坐标和其他三维坐标经历事件的总和,我是这样理解的,就像在时间变量上的积分
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热力学第二定律标示了时间之箭,霍金曾经认为时间是可以倒流并且对称的。但他后来发现支持这一想法的模型太简单,在进一步改进的模型中,时间之箭向前和向后不是对称的
有了记忆才有了时间
科学和哲学是亲兄弟。


1:这个问题的答案好简单
2:这个问题的制造者好喜欢故弄玄虚。

显然,光一直是同时经过两条路径的,因此,不存在延迟选择的问题。光走了每条可能的路径,如波一样弥散在空中。
但是为什么观察时似乎走的路径不同,从而似乎是选择的呢?
答案:这只是观察的效应。这也体现了系统之间普遍联系的问题,当你用不同的测量方式的时候就表现出不同的性质。
宇宙中任何事物都是普遍联系的,有什么奇怪的呢?当你插入一块玻璃的时候,你就改变了系统的一部分,从而对整个系统的其余部分也必须造成影响。无论如何观察,光一直是同时经过两条路径的,正是其波性的反应。所谓的波,不是宏观上的波,只是一种比喻。当你试图观察其波的一面的时候,就表现出波的一面,不等于此时就不是粒了。同样,当你观察其粒的一面,就表现出粒的一面,其实她同时也是波。准确的说,光只不过处于是微观的某一种态,非粒非波的第三态,借宏观比喻而已。第三态是独立存在的,也自然不需要回答“光的波动性和粒子性是如何结合到一起的呢?”,只是实践决定了我们的理解,我们未在宏观上见到过这种第三态,自然不可理解。




1:这个问题的答案好简单
2:这个问题的制造者好喜欢故弄玄虚。

显然,光一直是同时经过两条路径的,因此,不存在延迟选择的问题。光走了每条可能的路径,如波一样弥散在空中。
但是为什么观察时似乎走的路径不同,从而似乎是选择的呢?
答案:这只是观察的效应。这也体现了系统之间普遍联系的问题,当你用不同的测量方式的时候就表现出不同的性质。
宇宙中任何事物都是普遍联系的,有什么奇怪的呢?当你插入一块玻璃的时候,你就改变了系统的一部分,从而对整个系统的其余部分也必须造成影响。无论如何观察,光一直是同时经过两条路径的,正是其波性的反应。所谓的波,不是宏观上的波,只是一种比喻。当你试图观察其波的一面的时候,就表现出波的一面,不等于此时就不是粒了。同样,当你观察其粒的一面,就表现出粒的一面,其实她同时也是波。准确的说,光只不过处于是微观的某一种态,非粒非波的第三态,借宏观比喻而已。第三态是独立存在的,也自然不需要回答“光的波动性和粒子性是如何结合到一起的呢?”,只是实践决定了我们的理解,我们未在宏观上见到过这种第三态,自然不可理解。


hjfgcx 发表于 2011-10-2 14:50
1:这个问题的答案好简单
2:这个问题的制造者好喜欢故弄玄虚。
‘如果有第三路径存在呢?是否光子能“智能”感知?其实延迟选择并没有否定你说的哪种态,只是假设光子在出发后再插入玻璃的实验结果,同样的放入检测器也是在光子发出以后。可知系统的改变是在光子发出之后,这个才是延迟选择所有表达的意思,是肯定系统被改变,不同的是改变是在光子出发以后。这样去思考才是延迟选择

BADANGEL 发表于 2011-10-2 15:14
‘如果有第三路径存在呢?是否光子能“智能”感知?其实延迟选择并没有否定你说的哪种态,只是假设光子在 ...


你测量的结果说他通过了一条路径,只是你测量的结果欺骗了你。其实一直是两条路径。改变从来未发生过。所以不必思考。
至于这两条路径如何表现为一条路径的?很玄妙的东西,似乎存在波尔所谓的量子超距作用,以你观测的方式来决定瞬时塌陷的方式,这就可以解释了,你可能觉得这很扯,但是微观观测结果就是这样,无可解释。如同声音的表现不可以用颜色来衡量,长度的表现不可以用温度来衡量一样,微观的奇妙性质不可以用宏观经验来衡量,承认实践结果就是了。然因果律是一直未被违背的。
BADANGEL 发表于 2011-10-2 15:14
‘如果有第三路径存在呢?是否光子能“智能”感知?其实延迟选择并没有否定你说的哪种态,只是假设光子在 ...


你测量的结果说他通过了一条路径,只是你测量的结果欺骗了你。其实一直是两条路径。改变从来未发生过。所以不必思考。
至于这两条路径如何表现为一条路径的?很玄妙的东西,似乎存在波尔所谓的量子超距作用,以你观测的方式来决定瞬时塌陷的方式,这就可以解释了,你可能觉得这很扯,但是微观观测结果就是这样,无可解释。如同声音的表现不可以用颜色来衡量,长度的表现不可以用温度来衡量一样,微观的奇妙性质不可以用宏观经验来衡量,承认实践结果就是了。然因果律是一直未被违背的。
如同时走两条路径则两个探测器均有结果,可光电效应中光量子的能量只有一份,显然结果是只有一个探测到。你说的理论也好至今用实验的方法观测到的只有上述结果,因此没有实验结果证明。所以无论微观也好,宏观也好,在实验没有能验证前也只在理论中,这个也是为什么对量子力学至今仍有怀疑的人,一是理论仍不完善,其次就是很多现象仍无法验证,同样相对论也不能很好解释,量子的宏观效应已经有验证。显然“延迟选择”这个说法是带引号的。所谓很玄以及“似乎”都需要实验验证
hjfgcx 发表于 2011-10-2 15:20
你测量的结果说他通过了一条路径,只是你测量的结果欺骗了你。其实一直是两条路径。改变从来未发生过。 ...
中微子已经超光速了,如果实验被广泛认可,则因果律岌岌可危。。
cncok 发表于 2011-10-2 16:00
中微子已经超光速了,如果实验被广泛认可,则因果律岌岌可危。。
中微子超越光速与因果律不违背。
违背的是相对论。只要相对论修正了,接纳这种现象,因果律就会继续存在。很久以前就有多种修正版本了。
另外,“显然结果是只有一个探测到”,这是众所周知的,但并不能证明只有一个路径。相反,这个结果的解释是多种的,故意往“因果律”上引,实际上是哗众取宠,所以,同意你的观点,显然“延迟选择”这个说法是带引号的。,我所谓的解释也只是其中一种。
hjfgcx 发表于 2011-10-2 16:07
中微子超越光速与因果律不违背。
违背的是相对论。只要相对论修正了,接纳这种现象,因果律就会继续存在 ...
你说 光子始终同时通过两条路径,从而不违反因果律这种观点,可以接受。
只是不知道有没有科学家级别的人持类似观点?
因为做“延迟实验”的人是顶尖物理学家。要是有机会推翻牛人那是大大出名的机会。这实验真有漏洞可不会被人放过。
好吧,我是来学习的,楼上接着讨论。
cncok 发表于 2011-10-2 16:19
你说 光子始终同时通过两条路径,从而不违反因果律这种观点,可以接受。
只是不知道有没有科学家级别的人 ...
光子始终同时通过两条路径,或者更精确地说,描述单光子态的波函数在遇到双缝时的行为跟大量光子遇到双缝时的行为是一致的。这个在现在是物理学界的主流观点,所有近几十年的实验都验证了根本哈根解释的正确性,而不仅仅是一个哲学观点。事实上,基于这些解释的量子通讯和量子计算正在向着实用化迈进,尽管还有相当一段距离。

cncok 发表于 2011-10-2 16:19
你说 光子始终同时通过两条路径,从而不违反因果律这种观点,可以接受。
只是不知道有没有科学家级别的人 ...


检测不出来,这个不是实验的漏洞。因为实验本来就没打算以这等检测能力为目标。
只要有人就会有不同的解释,我的解释是自己想出来的,但是在科学界发现原来早有类似观点的人也是非常多,但是毫无价值,因为关键是谁能定量的给出公式并从逻辑上自洽:就好像当年说以太不存在也是一种解释,但那不是相对论的发明人。认为电磁力和万有引力都是同一的也是一种解释,一百多年前的很多科学家从公式的相似性都这么认为了,但是不能因此认为他们都是统一场论的发明人或者能够借此大大的出名。

cncok 发表于 2011-10-2 16:19
你说 光子始终同时通过两条路径,从而不违反因果律这种观点,可以接受。
只是不知道有没有科学家级别的人 ...


检测不出来,这个不是实验的漏洞。因为实验本来就没打算以这等检测能力为目标。
只要有人就会有不同的解释,我的解释是自己想出来的,但是在科学界发现原来早有类似观点的人也是非常多,但是毫无价值,因为关键是谁能定量的给出公式并从逻辑上自洽:就好像当年说以太不存在也是一种解释,但那不是相对论的发明人。认为电磁力和万有引力都是同一的也是一种解释,一百多年前的很多科学家从公式的相似性都这么认为了,但是不能因此认为他们都是统一场论的发明人或者能够借此大大的出名。

farocean3000 发表于 2011-10-2 17:02
光子始终同时通过两条路径,或者更精确地说,描述单光子态的波函数在遇到双缝时的行为跟大量光子遇到双缝 ...


事物是普遍联系的。然也。宇宙中任何事物之间都存在联系,所以任何一个路径都必然和光子有联系,即推定两个路径都过了光子(波函数)也是必然的,反之则奇怪了。波函数可以及于无穷远的地方且瞬时的特性,只能接受,然也非常合乎辩证法。
farocean3000 发表于 2011-10-2 17:02
光子始终同时通过两条路径,或者更精确地说,描述单光子态的波函数在遇到双缝时的行为跟大量光子遇到双缝 ...


事物是普遍联系的。然也。宇宙中任何事物之间都存在联系,所以任何一个路径都必然和光子有联系,即推定两个路径都过了光子(波函数)也是必然的,反之则奇怪了。波函数可以及于无穷远的地方且瞬时的特性,只能接受,然也非常合乎辩证法。
farocean3000 发表于 2011-10-2 17:02
光子始终同时通过两条路径,或者更精确地说,描述单光子态的波函数在遇到双缝时的行为跟大量光子遇到双缝 ...

观测时导致坍塌,还有疑问。
因为什么是观测本身是难以定义的。人的观测是,那么仪器的呢?如果仪器是,那么任何自然界的作用都可以视为一种观测。如果人的观测和仪器的观测不同,不同在哪里?
目前只能说是实用主义观点。
hjfgcx 发表于 2011-10-2 17:38
观测时导致坍塌,还有疑问。
因为什么是观测本身是难以定义的。人的观测是,那么仪器的呢?如果仪器是 ...
关于人在观测中的角色,确实是一个不清楚的问题。哥本哈根诠释似乎并没有涉及到观测者的问题,可能是这类实验很难设计。个人不倾向于把人区分对待,我希望dephasing rate之类的参数足以解释观测者之间的区别。


属于时间悖论范畴了。俺坚信也只相信现在。
一个简单的论述就能证明:N+1时刻的人回到N-1时刻,妄图改变N时刻,N+2时刻的人会守卫时间线的,否则自己存在的基础就没有了。依次类推,时间线会有N多不同层次的守护者的。

《星旅航海家号》上有一集,九之七抓捕在航海家号上安装了时间扭曲装置的神马舰长,九之七被“接到”能时空穿越的神马号上,考试题里就有因果倒置的问题。

如果真有平行宇宙,那回到过去改变历史,充其量就是做了“扳道工”的事情,注意这里的扳道工是带了引号了。现实世界的扳道工只能扳道到已经存在的铁轨上,而“时间线”“扳道工”则是把宇宙“扳道”到了时间线上任意时刻无穷发散的新时间线上了。

因果颠倒,通俗解释应该是“时空反馈”,学过无线电和电子学的人都懂得反馈的概念,俺这样比喻是否比较贴切?

可以读一下霍金的《时间简史》,虽然霍金打赌没赢过一次{:soso_e120:}

属于时间悖论范畴了。俺坚信也只相信现在。
一个简单的论述就能证明:N+1时刻的人回到N-1时刻,妄图改变N时刻,N+2时刻的人会守卫时间线的,否则自己存在的基础就没有了。依次类推,时间线会有N多不同层次的守护者的。

《星旅航海家号》上有一集,九之七抓捕在航海家号上安装了时间扭曲装置的神马舰长,九之七被“接到”能时空穿越的神马号上,考试题里就有因果倒置的问题。

如果真有平行宇宙,那回到过去改变历史,充其量就是做了“扳道工”的事情,注意这里的扳道工是带了引号了。现实世界的扳道工只能扳道到已经存在的铁轨上,而“时间线”“扳道工”则是把宇宙“扳道”到了时间线上任意时刻无穷发散的新时间线上了。

因果颠倒,通俗解释应该是“时空反馈”,学过无线电和电子学的人都懂得反馈的概念,俺这样比喻是否比较贴切?

可以读一下霍金的《时间简史》,虽然霍金打赌没赢过一次{:soso_e120:}
可以再参考一下费米的解释,他认为所有的路径都经过了。
量子的宏观效应和微观效应存在的差别应该是产生这个现象的原因吧。改一下实验,把光分成3个路径,让两道干涉,剩下的会如何,是否也出现干涉条纹?
量子的状态只有被记录时才是确定的,如果接受这样的观点是可以理解的。看来要全面洗脑了
真是没看懂。。。
中微子超光速后的笑话。。

酒保迎上来说:"我们这里不接待中微子"
一个中微子走进间酒吧;
门开了
中微子在敲门“笃笃笃”
要是能用因果率开发武器就好了
要是能用因果率开发武器就好了
要是能用因果率 开 发武器就好了
想起原来学粒子物理的室友和我大谈弦论