量子世界里著名的“养猫人”,你只知道薛定谔?

作者: 中科院物理所

来源: 原点阅读

发布日期: 2021-07-03 11:23:13

本文介绍了量子世界的奇异现象,特别是约翰·惠勒的“延迟选择实验”,以及它如何颠覆了日常的因果关系,展示了量子力学的深刻和复杂性。

提起量子,常常使人困惑,似乎在量子世界中,一切皆可以发生,颠覆了我们很多日常经验。比如,一个微观粒子可以具有“分身术”,在同一个时间里,它可能在很多不同的地方现身,又可以在同一时间“坍缩”到一个点上;微观粒子还有“遁空术”,电子能在瞬间“隔空跳跃”。

量子事件还可以没有因果关系,我们认为一个后来的“结果事件”应该受到“原因事件”的影响,而在量子世界中,因果关系被倒置了,事情的后果可能影响到产生后果的原因。

著名的丹麦物理学家、量子力学的创始人之一尼尔斯·玻尔曾说:“如果量子力学还没有深刻地震撼你,那你就还没有弄懂它。”1978年1月28日,著名的美国物理学家约翰·惠勒所撰写的《量子理论基础》面世,在书里,惠勒提出了一个著名的假想实验——“延迟选择实验”,实验结果之诡谲令人称奇,人们把它与“薛定谔的猫”并称,叫它“惠勒猫”。

像薛定谔猫假想实验一样,“惠勒猫”实验涉及的是微观粒子的量子性质,似乎其中每一步都没有问题,但它一步步地引出了令人意想不到的结果,把人们在日常生活里所建立的因果关系完全颠倒了过来。1983年,在一篇题为“没有规律的规律”的论文中,惠勒再一次提到了他的“延迟选择实验”,并从量子力学的角度对实验做了详细的阐述。

惠勒认为,通过这个实验,可以证实在量子水平上,现在做的事情会对以前发生的事产生影响,即一件事情的后果可以影响到发生这个事件之前的原因,也就是“后果”影响到“前因”。这本是在量子事件中,却又无懈可击。惠勒的这个实验终于引起了人们的注意。惠勒一生的研究与贡献,惠勒在物理学多个领域中都有着重要的贡献,但他的名气却远不如曾与他合作的玻尔,也不如同事爱因斯坦,甚至还不如他的学生费曼。

在20世纪80年代,率先实现“延迟选择实验”的是阿兰·阿斯佩。阿斯佩是一位法国实验物理学家,他成功地完成了惠勒实验检验。实验结果证明了惠勒的预言,即“光子显示粒子性还是波动性,将取决于我们以什么方式进行观察”,这个结论正是玻尔早年提出的。

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