延迟选择量子擦除器:未来会影响现在吗?

作者: Eugene Wang

来源: 万象经验

发布日期: 2022-10-19 10:18:41

文章讨论了延迟选择量子擦除实验,这是一个复杂的量子物理实验,旨在探索未来行为是否可能影响当前状态的可能性。实验通过纠缠光子对和路径信息的擦除,展示了光子在不同检测器上的表现,暗示了未来状态可能影响过去状态的奇特现象。

我们知道今天的⾏为会影响明天的事件,但是想象⼀下把这个场景倒过来:未来的⾏为实际上可能会影响你今天的情况。未来有可能影响现在吗?著名的双缝实验的增强版——延迟选择量⼦擦除实验,恰好暗示这样的结果。

1978年,物理学家惠勒提出了⼀个思想实验,称为延迟选择。惠勒的想法是,想象来⾃距离地球数⼗亿光年的遥远类星体的光,被更近的星系的引⼒所弯曲。

结果,由于地球和类星体之间星系的引⼒透镜效应,类星体看起来像在两个稍微不同的位置。惠勒随后指出,可以通过两种不同的⽅式在地球上观察到这种光。第⼀种⽅式是针对每个图像都有⼀个检测器。由于这种光的精确来源是已知的,因此在观察时它会被测量为光粒⼦。但是,如果在两个光源的交界处放置⼀个光⼲涉仪,则来⾃这两个图像的组合光将被测量为波,因为它的精确来源是未知的。

因为这是在光发出数⼗亿年后才被测量,并且测量的⽅式依赖于观测者的选择,所以这个实验被称为延迟选择。

这个类星体实验并不实⽤,但现代设备允许我们在实验室中进⾏类似的实验。事实上,他的思想实验得到了证实:当路径信息已知时,光是⼀个粒⼦;当使⽤⼲涉仪擦除路径信息时,光是波。光在数⼗亿年前就开始了它的旅程,早在我们决定选择哪个测量⽅式之前。

似乎类星体光“知道”在地球上进⾏实验之前的数⼗亿年,它会被视为粒⼦还是波。这是否证明粒⼦对其当前状态的测量以某种⽅式影响了其过去的状态?解释量⼦理论的最传统⽅法是假设量⼦具有波函数,这意味着它实际上不是粒⼦或波。当对它进⾏观察时,它才会坍缩成⼀个确定的状态。在这种观点中,测量⾏为使量⼦粒⼦成为现实。所以在延迟选择实验中,这意味着在你测量它之前,量⼦不会变成“真实的”。

所以这个实验并不能证明现在影响了过去,因为光可能同时是波和粒⼦,只有在被测量时才变得真实。

然⽽,另⼀个较新的实验设置使⽤了⼀种更复杂的⽅法来确定这种未来影响过去的想法,它为延迟选择引⼊了⼀种称为量⼦擦除器的东⻄。因此,它被称为延迟选择量⼦擦除实验。这是⼀个复杂的结构,将纠缠的光⼦对引⼊到惠勒的延迟选择实验中。不过,我们将使⽤⼀个更简单的设置,它将以更易于理解的⽅式说明这个概念。

⾸先,采⽤标准双缝装置发射单光⼦,但不是让光⼦在穿过双缝后进⼊屏幕,⽽是使⽤硼酸钡晶体将光⼦分成两个纠缠的光⼦。由于这些光⼦是纠缠在⼀起的,我们可以在不接触另⼀个光⼦的情况下对⼀个光⼦进⾏测量。此外,我们将放置⼀个透镜,这样⽆论光⼦是从顶部狭缝还是底部狭缝出射,两束光都将始终在检测器1处组合,这样我们就⽆法知道光⼦来⾃哪个狭缝。所以这个镜⼦充当擦除器,因为它擦除了光⼦的路径信息。

接下来,我们将对从每个狭缝中出来的纠缠光⼦对进⾏⼏次测量。我们放置分光镜,使光⼦有50%的机会向下转向,也有50%的机会通过分光镜。当光束向下转向时,来⾃顶部和底部狭缝的两束光会合并,从⽽⽆法知道路径信息。换⾔之,如果检测器4检测到⼀个光⼦,它不会有光⼦来⾃哪条路径的信息。但是如果粒⼦离开顶部狭缝并在检测器2处检测到,则知道哪条路径信息,因为检测器2只检测来⾃顶部狭缝的光⼦。

类似地,如果粒⼦离开底部狭缝,并在检测器3处被检测到,则其路径信息也是已知的,因为检测器3只能检测来⾃底部狭缝的光⼦。

当检测器2检测到⼀个光⼦时,检测器1检测到它的纠缠双胞胎,表明它是⼀个粒⼦⽽不是波——因为我们看到了⾮⼲涉图案。同样的事情也发⽣在检测器3上。然⽽,当检测器4检测到光⼦时,检测器1检测到的是波形。

这告诉我们,当知道了路径信息,也就是探测器能确定光⼦来⾃哪个狭缝时,它总是以粒⼦的形式呈现。但是当探测器⽆法确定光⼦来⾃哪个狭缝时,光就表现得就像波⼀样。到⽬前为⽌,⼀切都还正常。但我在这⾥遗漏了⼀个微⼩但⾄关重要的细节,这会产⽣重要的结果。这个细节是,到检测器1的路径⽐到检测器2、3和4的路径短得多。所以光⼦总是在检测器1上被探测到,然后再在其他探测器上被探测到,这就是这个实验的延迟选择⽅⾯。

所以当在检测器1上形成⼲涉图案时,路径信息在这之后才会在检测器4上被擦除;当在检测器1上形成⾮⼲涉图案时,其路径信息在这之后才会到达检测器2或3。这向我们表明,检测器1处的光⼦不知何故提前知道它的纠缠光⼦将来会到达哪个探测器。因此,似乎表明光⼦在探测器2、3和4处的未来状态会影响其在探测器1处纠缠对的过去状态。

在这个实验中绝对清楚的是,现在对⼀个粒⼦的测量,可以影响该粒⼦在过去的性质。换句话说,现在做出的决定会影响过去的某些事情,结果似乎先于原因。但这是为什么呢?我只能说我不知道,如果你知道的话请告诉我,⼀个诺⻉尔奖等你。

UUID: baea9589-aecf-4e28-94b4-939230010161

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院物理所公众号-pdf2txt/2022/中科院物理所_2022-10-19「转」_延迟选择量子擦除器:未来会影响现在吗?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0063 元