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量子思想实验“惠勒的猫”

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1979年物理学家惠勒提出“延迟选择思想实验”,后来被不断验证。实验过程如下图:

激光脉冲源从左下角发出光子,到达半镀银的反射镜Bѕ1(作用是使光子有一半可能穿过了反射镜BS1到达全反射镜M2,一半可能被反射镜BS1反射到达全反射镜M1),两个全反射镜M1和M2把这两部分的光子又交汇在一起。在终点D1、D2观察光子飞来的方向,我们就可以确定光子究竟是沿着哪一条路径飞来的。

如果在终点处也插入一块半镀银的反射镜Bѕ2,通过调整BS1-M1-Bѕ2和BS1-M2-Bѕ2两个路径的光子的相位,可以使这两部分光子到达BS2时发生反相干涉,从而使光子在水平方向D1或者在竖直方向D2上“互相抵消”,最后只在竖直方向D2或者水平D1方向上输出。

令人感到不可思议的是,即使激光脉冲源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:这说明一个光子每次到达Bѕ2时和自己发生了干涉——按照量子力学的说法就是一个光子同时通过BS1-M1-Bѕ2和BS1-M2-Bѕ2两条路径到达Bѕ2后和自己发生干涉。

但是,如果在终点处不放置半镀银的反射镜BS2,激光脉冲源每次只发出一个光子,则通过在终点观察光子飞来的方向,我们每次却只能看到光子从一个路径飞来,或者沿水平方向,或者沿竖直方向。这说明,如果我们不在终点处放置半镀银的反射镜BS2,光子就沿着某一条路径而来,反之,它就同时经过两条路径而来。也就是说,我们的选择决定了光子的“选择”。


更神奇的现象!我们在光子已经通过了第一块半镀银的反射镜BS1,快到达终点(还没到达)的时候,才把半镀银的反射镜BS2放入终点处,结果会怎么样呢?

按正常逻辑,我们会认为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,按前面的结果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。

然而,结果再次让你感到惊讶:光子还是选择了同时经过两条路径而来!

这说明了:我们现在的选择(观测行为)改变了光子过去的“选择”。

也就是说,我们可以在事情已经发生之后再来决定它应该怎么发生——无论是否事情的结果在逻辑上已经在一段时间以前被决定!

“惠勒的猫”——延迟实验的升级版

我们在延迟思想实验基础上加入两个新元素:受控发射的子弹和一只活猫。

具体实验方法:在实验设备M1和M2处分别放置一个光子探测器(检测光子通过的路径),探测器连接一个无声的子弹触发装置,子弹瞄准一只活着的猫。猫和子弹触发装置被放在一个暗箱里,只能在实验结束后才能打开。如果光子沿着一条路径来子弹就会被触发杀死那只猫,如果子弹沿着两条路径来子弹就不会触发猫就能活下来。当我们让光子通过第一块半镀银的反光镜BS1,快到达终点的时候,把半镀银的反射镜BS2放入终点处,最终,猫是死是活?

按正常逻辑,光子通过第一块半镀银的反射镜BS1后(光从一个路径而来),触动了触发装置猫被射死。然而,最终结果光子是选择了同时经过两条路径而来!猫应该活着!

因此,猫仿佛经历了一场先死后生的过程。而且身体先前曾被子弹击中,最后又完全没有受伤的痕迹。它仿佛经历了一次时间穿越和时光倒流。

惠勒的猫现实意义

微观量子现象能否在宏观宇宙中实现?

惠勒的猫体现了“延迟性选择”的结果,即时间倒流现象。假如一样适用于宏观世界。那么,我们可以利用“延迟选择”的方法,使死去的人“复活”,改变历史故事和历史结局。

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