量子力學(xué)中有許多非常奇怪的現(xiàn)象，但也許最奇怪的是，它似乎允許我們對(duì)過(guò)去進(jìn)行編輯。本期視頻將帶你了解雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的升級(jí)版，惠勒延遲選擇實(shí)驗(yàn)。

惠勒通過(guò)一個(gè)戲劇化的思維實(shí)驗(yàn)指出，對(duì)電子的雙縫干涉進(jìn)行了進(jìn)一步思考，并指出我們可以“延遲”電子的決定，使得它在已經(jīng)實(shí)際通過(guò)了雙縫屏幕之后，再來(lái)選擇究竟是通過(guò)了一條縫還是兩條。此種說(shuō)法震驚當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)界。

愛(ài)因斯坦是現(xiàn)代物理學(xué)家。愛(ài)因斯坦出生于德國(guó)烏爾姆市的一個(gè)猶太人家庭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國(guó)籍。

1905年，愛(ài)因斯坦獲蘇黎世大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，并提出光子假設(shè)、成功解釋了光電效應(yīng)(因此獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))；同年創(chuàng)立狹義相對(duì)論，1915年創(chuàng)立廣義相對(duì)論，1933年移居美國(guó)、在普林斯頓高等研究院任職，1940年加入美國(guó)國(guó)籍同時(shí)保留瑞士國(guó)籍。1955年4月18日，愛(ài)因斯坦于美國(guó)新澤西州普林斯頓逝世，享年76歲。

1999年12月，愛(ài)因斯坦被美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選為20世紀(jì)的"世紀(jì)偉人。愛(ài)因斯坦開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)新紀(jì)元，被公認(rèn)為是繼伽利略、牛頓之后最偉大的物理學(xué)家，也是批判學(xué)派科學(xué)哲學(xué)思想之集大成者和發(fā)揚(yáng)光大者。

1979年是愛(ài)因斯坦誕辰100周年，在他生前工作的普林斯頓召開(kāi)了一次紀(jì)念他的討論會(huì)。愛(ài)因斯坦的同事約翰·惠勒在愛(ài)因斯坦誕辰100周年的研討會(huì)上，提出了延遲選擇實(shí)驗(yàn)的構(gòu)想。

約翰·阿奇博爾德·惠勒是美國(guó)物理學(xué)家。1911年7月9日，約翰·阿奇博爾德·惠勒出生在美國(guó)的佛羅里達(dá)州；1933年獲得約翰斯·霍普金斯大學(xué)博士學(xué)位后來(lái)到丹麥哥本哈根，在尼爾斯·波爾指導(dǎo)下從事核物理研究。

該構(gòu)想表示在粒子流很弱、粒子一個(gè)一個(gè)地射入多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中顯示的干涉效應(yīng)表明，微觀粒子的波動(dòng)性不是大量粒子聚集的性質(zhì)，單個(gè)粒子即具有波動(dòng)性。于是，一方面粒子是不可分割的，另一方面在雙孔實(shí)驗(yàn)中雙孔又是同時(shí)起作用的，因此，對(duì)于微觀粒子談?wù)撍倪\(yùn)動(dòng)軌道是沒(méi)有意義的。

實(shí)驗(yàn)第一階段，激光脈沖源發(fā)射一個(gè)光子，光子到達(dá)干透鏡1后，有50%的可能會(huì)被反射到下方，再經(jīng)過(guò)下方的全反鏡反射之后被探測(cè)器B接收，也有50%的可能不發(fā)生反射，直接穿過(guò)透鏡1，經(jīng)過(guò)上方的全反鏡反射后被探測(cè)器A接受。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果A和B探測(cè)器只有一個(gè)會(huì)亮，這說(shuō)明光子要么是通過(guò)了線路1，要么是通過(guò)了線路2。

實(shí)驗(yàn)第二階段，我們?cè)趦蓷l線路的交匯處，再添加一個(gè)半透鏡2，根據(jù)波動(dòng)理論，如果光子是同時(shí)走了兩條線路，那么光子將會(huì)在透鏡2處發(fā)生自我干涉，我們可以調(diào)整透鏡2的位置，使其到達(dá)探測(cè)器A的倆束光總是同相位疊加，到達(dá)探測(cè)器B的兩束光反相位疊加，這樣的話探測(cè)器A會(huì)常亮且亮度增強(qiáng)，探測(cè)器B永遠(yuǎn)不會(huì)亮。

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)顯示，A一直亮B永遠(yuǎn)不會(huì)亮，這說(shuō)明光子同時(shí)走了線路1和線路2，在透鏡2處發(fā)生的自我干涉。

實(shí)驗(yàn)第三階段，我們先取消透鏡2，激光脈沖源發(fā)射一個(gè)光子，等光子通過(guò)透鏡1快要到達(dá)半透鏡2位置的時(shí)候，再插入半透鏡2。按照實(shí)驗(yàn)第一階段的結(jié)果，我們會(huì)認(rèn)為光子通過(guò)透鏡1后，就已經(jīng)選擇了某一條線路，因此就不會(huì)在半透鏡2處發(fā)生自我干涉。

可實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A會(huì)一直亮B永遠(yuǎn)不會(huì)亮，這說(shuō)明光子在透鏡2處依然發(fā)生了干涉，這就意味著光子同時(shí)走了兩條線路。

現(xiàn)在的問(wèn)題是我們是在光子經(jīng)過(guò)透鏡1后加的透鏡2，也就是說(shuō)，光子已經(jīng)選擇了一條線路，我們加入透鏡2后，光子又“改變”了它之前做出的選擇，重新走了兩條線路，從而發(fā)生了自我干涉。

有點(diǎn)類似是我們現(xiàn)在的選擇改變了光子過(guò)去的選擇，或者說(shuō)我們似乎可以對(duì)過(guò)去發(fā)生的事情進(jìn)行編輯。這一結(jié)論聽(tīng)上去也許有些奇怪，但這也正是量子力學(xué)哥本哈根詮釋的正統(tǒng)推論。引用波爾的話來(lái)說(shuō)，任何一種量子現(xiàn)象，只有其被記錄之后才是一種現(xiàn)象，歷史不是確定和實(shí)在的，除非他已經(jīng)被記錄下來(lái)。

光在通過(guò)第一塊半透鏡到第二塊半透鏡之間到底在哪里是一個(gè)沒(méi)有意義的問(wèn)題，他也許不是一個(gè)客觀事實(shí)，但這一稀奇古怪的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明宇宙的歷史可以在它實(shí)際發(fā)生后才被決定應(yīng)該怎樣發(fā)生。

比如在薛定諤的貓的實(shí)驗(yàn)中，如果我們也能夠設(shè)計(jì)某種延遲實(shí)驗(yàn)，我們就能在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再來(lái)決定貓的生與死。比如說(shuō)原子會(huì)在一點(diǎn)鐘發(fā)生衰變，但如果有一個(gè)延遲實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃屛覀冊(cè)趦牲c(diǎn)鐘“延遲”決定原子是否發(fā)生衰變，我們就可以在兩點(diǎn)鐘這個(gè)未來(lái)去決定一點(diǎn)鐘貓的生與死。

在惠勒延遲選擇思想實(shí)驗(yàn)的影響下，有人提出了“參與性宇宙模式”假說(shuō)。雖然宇宙的行為已經(jīng)演化了上百億年，但某種延遲使得它直到被一個(gè)高級(jí)生物所“觀察”才成為確定。即我們?cè)谟^察歷史之前歷史是不存在的，我們觀察歷史的方法決定了歷史的樣子，我們的觀測(cè)行為本身參與了宇宙的創(chuàng)世過(guò)程。