2015-02-24环球物理环球物理
环球物理
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延迟实验
“延迟实验”是由爱因斯坦的同事约翰·惠勒提出的，1979年为纪念爱因斯坦诞辰100周年而在普林斯顿召开了一场讨论会，会上约翰·惠勒提出了“延迟实验”的构想，惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出，对电子的双缝干涉进行了进一步思考，并指出我们可以“延迟”电子的决定，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。此种说法震惊当时的学术界。
提出过程
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）。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。
基本思路
实验的基本思路是，用涂着半镀银的反射镜来代替双缝。一个光子有一半可能
通过反射镜，一半可能被反射，这是一个量子随机过程，跟它选择双缝还是单缝本质上是一样的。把反射镜和光子入射途径摆成45度角，那么它一半可能直飞，另一半可能被反射成90度角。但是，我们可以通过另外的全反射镜，把这两条分开的岔路再交汇到一起。在终点观察光子飞来的方向，我们可以确定它究竟是沿着哪一条道路飞来的。
但是，我们也可以在终点处再插入一块呈45度角的半镀银反射镜，这又会造成光子的自我干涉。如果我们仔细安排位相，我们完全可以使得在一个方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一个确定的方向输出。这样的话我们每次都得到一个确定的结果（就像每次都得到一个特定的干涉条纹一样），根据量子派的说法，此时光子必定同时沿着两条途径而来！
总而言之，如果我们不在终点处插入半反射镜，光子就沿着某一条道路而来，反之它就同时经过两条道路。现在的问题是，是不是要在终点处插入反射镜，这可以在光子实际通过了第一块反射镜，已经快要到达终点时才决定。我们可以在事情发生后再来决定它应该怎样发生！如果说我们是这出好戏的导演的话，那么我们的光子在其中究竟扮演了什么角色，这可以等电影拍完以后再由我们决定！
虽然听上去古怪，但这却是哥本哈根派的一个正统推论！惠勒后来引玻尔的话说，“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”，我们是在光子上路之前还是途中来做出决定，这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。更精确地说，光子在通过第一块透镜到我们插入第二块透镜这之间“到底”在哪里，是个什么，是一个无意义的问题，我们没有权利去谈论它，它不是一个“客观真实”！惠勒用那幅著名的“龙图”来说明这一点，龙的头和尾巴（输入输出）都是确定的清晰的，但它的身体（路径）却是一团迷雾，没有人可以说清。
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！
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！
惠勒的经典延迟实验
John Archibald Wheeler是那些认真考虑过量子力学的人之一。在研究了哥本哈根对双缝实验的解释---强调观察者知道的和观察者何时知道---之后，惠勒认识到观察者的选择可能会控制那些到实验中的变量。
“如果你说的是真的”惠勒说（事实上），“那么我会在一件事情可能已经发生后再选择知道一个特性”惠勒意识到在这种情况下，观察者的选择可能会决定实验的结果---而无论是否实验的结果在逻辑上已经在一段时间以前被决定。
“没有意义”简化主义者们说。“垃圾”唯物主义者们说。“完全荒谬”幼稚的现实主义者们说。“是的”数学家们说。惠勒的思想实验和量子力学的预言被带到了实验室中，接受实践的检验。一下就是所发生的。
基本延迟实验（Basic delayed choice）
1. 一个光子（或者一个其他量子单位）被向双缝发射。
2. 此光子不被观察地从双缝中穿过，逻辑上，或者穿过双缝中的一个，或者穿过另一个，或者穿过两个。为了得到干涉图样，我们假设有某种东西一定穿过了双缝；为了了解粒子的分布情况，我们假设此光子一定穿过了双缝中的一个。无论此光子怎样运动，它都被假定在穿过的时候只穿过一个缝。
3. 在穿过缝之后，光子就会朝着后墙飞去。
4. 在后墙上，我们有两种分别的方法来探测此光子。
5. 第一，我们有一个测量屏幕（或者其他可以测量光子打击到后幕上的水平位置，但是却不能区分光子从哪个方向飞过来的探测系统）。这个测量屏幕可以移动，如图上虚线所描述的那样；并且它还可以很快速的移动，即它可以在光子通过狭缝之后但是接触到后幕之前快速移动，即光子在图上区域3移动时测量屏幕就可以进行相应移动已测量光子。或者，测量屏幕可以适当地离开。这种离开是实验者的决定，这个决定直到光子已经通过狭缝后才被作出。
6. 一旦我们屏幕被去掉（此处的去掉不是屏幕的移动，而是在光子已经到了区域3时我们决定不使用屏幕，而是改用测量镜头），那么我们启动两个观测镜头。镜头紧密地聚焦，观察，观测两个狭缝之一之后的狭小空间。左边的镜头观测左边的狭缝，右边的镜头观测右边的狭缝。（在这里镜头的作用是确保如果此光子全部或者部分地从观察狭缝穿过时，你通过相应的镜头观测此狭缝的时候，你就会看见亮光，这样的话你就得到了关于光子究竟通过那个狭缝的信息。）
现在光子已经在区域3了，即光子已经穿过狭缝了。此时，继续使用测两屏幕进行光子干涉实验---我们仍可以选择适当移动测量屏幕，在此情况下，我们不知道 光子穿过的是那条狭缝。
改用测量镜头测量光子的粒子行为----或者我们选测去掉测量屏幕。如果我们这样做就会立即启动测量镜头，我们将会预计在左右两个镜头之一之中会有亮光，（或者两个镜头都会同时看见，但是我们预计这种情况不会发生）为什么?因为此光子必须通过或者左边，或者右边，或者两边的狭缝进入区域3。这就是所有的可能性。当我们通过镜头观察双缝，必定或看到以下情况之一:
在左边的镜头中有亮光，而右边的镜头没有，这表明了光子从左边的狭缝进入区域3的。
在右边的镜头中有亮光，而左边的镜头没有，这表明了光子从右边的狭缝进入区域3的。
两边的镜头同时都有半强的亮光，这表明了光子同时从双缝穿过。
哲学就是全部的可能性。
基于对观测屏幕的观察，量子力学告诉我们我们得到了什么：Pattern4r，其图案与由两列对称波分别通过各自狭缝所造成的干涉图像极其相似。
基于对镜头的观察，量子力学告诉我们我们得到了什么:Pattern5r，其完全相似于粒子从源处过来，通过这个或者那个狭缝，形成的亮光，并且在镜头中被我们观察到了。
考虑不同的实验观测方式造成的不同结果—在光子已经进入区域3时，如果我们决定适当地移动测量屏幕，则我们会得到光子的波动性质的结论。；另一方面，如果我们此时去掉测量屏幕而改用测量镜头的话，我们就会得到光子的粒子效应的结论。
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如何理解量子力学的延迟实验？
习北风君子， 一路小跑一路悠
这个问题太迷人，实在忍不住说两句。
未来真的能决定现在吗？
什么叫“未来”？什么叫“现在”？
突然想起爱因斯坦创立相对论时的一个著名的结论，“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”。
爱因斯坦是对的吗？他说的又是什么意思？
问题越来越复杂了……
让我们先一起来仔细看看这个“延迟实验”。
我尽量描述的中学生能看懂，且不伤脑细胞。
（1）如果我们不在终点插入半透镜。那么光子，要么从M1过来，要么从M1过来--------“光子只走了其中某一条路线”。
即：要么光子走 I1→M1→I2，要么光子走I1→M2→I2。
（2）如果我们在终点插入半透镜。相位适当时，光子在此处发生了干涉。也就是所谓的---------“光子同时走过两条路线”。
即：因为光子必须同时走了 I1→M1→I2和 I1→M2→I2，此时会有干涉现象。
实验开始：
现在我们从起点发出了一个光子，它在往前飞呀飞。
我们可以把光子想象成一只小猪在开心的飞呀飞。
情况（1）的意思是，小猪在碰到第一块透镜BS1的时候，小猪做了个选择，往左飞还是往右飞。往左飞就是M1方向，往右飞就是M2方向。小猪选择每个方向的概率各有50%。
情况（2）的意思是，小猪在碰到第一块透镜的时候，小猪没有做出选择，而是使用了“影分身”的技能，一分为二，分别往左右同时飞去。小猪这个影分身比“鸣人”的影分身可厉害多了：小猪一分为二，但是并没有本体之分-------其中一个被消灭了，另一个就自动成为本体！很cool吧？y∩__∩y～
什么时候分身会被消灭呢？
这个问题好难回答的，我们干脆武断简单的研究：让我们先把违反“时间因果律”的“事件”，定义为不可能的。在这个前提下，再接着往下研究-----
（为什么说这样武断了？爱因斯坦研究“时间”，霍金本科论文题目貌似也是“时间”。但是，时间是什么？我们感受到的“时间的属性”就是它全部、真正、最本质的属性吗？毕竟随着研究的深入，我们知道了“时间可以伸缩”，这种在感觉上很抽象的属性。还有什么有关“时间”我们不知道的吗？肯定有！毕竟我们人类现在的认知还太片面了。）
呃，扯远了！继续说分身什么时候被消灭的事！我们接着往下研究，于是得到了这样可能的结论------
当我们“观测”它的时候，其中一个分身自动消失了（被消灭？），剩下的那个，自动“转化”为本体。
当然了，我们是看不见它的，我们只能通过观测D1、D2的现象，来间接的“观测”它。也就是说，两个分身同时飞过第二块半透镜BS2，只要我们去“观测”，其中一个分身就会消失。人的意志在这里占了决定性作用，很唯心，对不对。
讨厌唯心吗？那么我们从反面说，“即使不去‘观测’，分身到了该消失的时候还是会消失，与人的意志无关。”
感觉到了什么吗？什么叫“该消失的时候”？不去“观测”又凭什么说分身会消失呢？这种全凭人主观臆断得出的结论，岂不是更唯心吗？
好了，把唯心唯物的问题先放一边。
我们继续说这个实验。
不管怎样，当我们在终点插入反射透镜时候，我们“观测”到了干涉现象，代表此时出现了并不同于情况（1）的情况（2）。
于是，约翰•惠勒说，他可以用他的“自由意志”来决定：到底是插入这个半透镜、或者不插。他不插，就对应情况（1）;他插了，就对应情况（2）。
由于情况（1）和情况（2）不能同时存在，它们是矛盾的。所以，现在设想：首先，并没有插入这个半透镜，于是可知此时情况（1）正在发生。但是！就在情况（1）这个“事件”即将结束时，有人突然插入了半透镜！于是，情况（2）发生。因为（1）和（2）是不能同时发生、是矛盾的，所以此时有且只能有情况（2）发生。此时的实质就是：已经发生了一半的情况（1）被否认为“从来没有发生过”，“过去”既定发生了一半的客观事实坍塌！现在“插入半透镜”的这个行为改写了过去已经客观发生了一半的既定事实！也就是说，“现在”的行为决定了“过去”该是怎样，“现在”的行为改写了“历史”！！！
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神奇麽？现在正式晾我的观点：
对于以上推论抛出来的问题，现在物理学界都没有满意的答案。
我不妨抛砖引玉。私以为，以上推导过程中的逻辑不存在问题。但是，推导的基础可能出了问题------------
情况（1）和情况（2）真的矛盾吗？
我们假想，现在实验正处在情况（1）的阶段，小猪正在 I1→M1→I2或者 I1→M2→I2的某一条路上飞。此时，突然插入半透镜，于是小猪使用技能“真•影分身”， “真•影分身”与“影分身”的区别就在于 “真•影分身”比“影分身”牛逼多了， “真•影分身”一分为二，多出的那个分身所在位置正好出现在情况（2）所对应的应该出现的的轨道上，且继续向前飞行。于是，在情况（1）不坍塌的情况下，顺利转为情况（2），即：“过去”并没有被改写！
很扯吗？？
可是小猪会“影分身”是现在被科学界普遍认可了的事，小猪为什么就不能会“真•影分身”呢？？
“影分身”本质上并不比“真•影分身”更合理。它们同样难证伪。
抛开这种假设，我们再想：
①世界应具有质朴美，情况（1）和情况（2）它们真的有区别吗？它们就不能其实是一回事吗？
又或者
②用还原论的思想去研究光子也许本身就是一种荒谬。就像是，想要弄清某句话的意思，结果却在研究其中一个字的笔画一样？
有关①和②的（或者即将要被抓到的灵感③、④……），哪天有空了再继续写吧～
今天先到这里了～
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PS：当然，你也不一定非得把光子想象成一只会飞的小猪。反正光子看不见摸不着，从来都是只能间接的被观测。你也可以把它想象成你异地的前女友啊！一样一样的看不见摸不着，一样一样只能间接的观测她的动态（比如微信朋友圈）、一样一样的让人猜不透。。。
[ 本帖最后由 druid169 于 2016-9-29 08:52 编辑 ]
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