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量子力学对唯物论的致命一击:延迟选择思想实验

2011-11-18  
 现代量子力学的发现说明物质很难以独立存在于观测之外。著名物理学家惠勒博士(John A. Wheeler,曾与波尔和爱因斯坦共同研究理论物理)提出的“延迟选择思想实验”(Delayed Choice Experiment)已经被证实。这个思想实验说明一个粒子在空间中走过的路径竟然会由最后的观测来决定,按理说客观存在的粒子走过的路径在观测之前已经是客观存在、不可更改的。至今物理学界对此也没有令人满意的答案。惠勒博士晚年时说的一些话表明他对物质的客观实在性也非常怀疑。
  
   激光脉冲源(laser pulse source)发出光子,到达半镀银的反射镜BS1(作用是使光子有一半可能穿过了反射镜BS1到达全反射镜M1,一半可能被反射镜BS1反射到达全反射镜M2),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BS2,通过调整BS1-M1-BS2和BS1-M2-BS2两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或者在竖直方向上“互相抵消”,最后只在竖直方向或者水平方向上输出。然而,真正让你感到不可思议的是,即使激光脉冲源(laser pulse source)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BS2时和自己发生了干涉——按照量子力学的官方说法就是一个光子同时通过BS1-M1-BS2和BS1-M2-BS2两条路径到达BS2后和自己发生干涉(详见著名的双缝干涉实验,激光脉冲源每次只发出一个光子,经过足够长的时间,你同样会看到干涉条纹)。
   但是,如果在终点处不放置半镀银的反射镜BS2,激光脉冲源(laser pulse source)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”。
   现在的问题是,如果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,我们才把半镀银的反射镜BS2放入终点处,结果会怎么样呢?一般地,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。可惜,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。无论激光脉冲源(laser pulse source)每次只发出一个光子还是多个光子,结果都是一样的。这就是著名的惠勒延迟选择实验(Wheeler’s delayed choice experiment)(详见量子力学发展大事记)。实验结果表明,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!
   实际上,“任何一种基本量子现象只在其被记录(观测)之后才是一种现象”,量子力学的创始人之一玻尔说,“而在观察发生之前,没有任何物理量是客观实在的”。也就是说,观察创造了全部的实相。现在,惠勒延迟选择实验在此基础上更进一步的说明,观察不但创造了实相,而且还可以在事情发生之后再逆时间地创造实相。关于客观实在绝对性的世界观的彻底失败,详见自然界违背贝尔不等式的阿斯派克特实验。
   值得一提的是,关于时间,爱因斯坦创立相对论时也有一个著名的结论,“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”。不过,相对论强调的是我们对时间的幻觉,而量子力学的结论更加普遍,那就是一切实相都是幻觉。
   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!
    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。

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