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延迟选择量子擦除实验，是电子双缝干涉实验的进一步研究实验。 上一篇写到的“电子双缝干涉实验”：当你观测它的时候，它就像一个粒子；不观测它的时候，它就表现的像波。对于这个结果的解释，众说纷纭，但目前还没有确切的答案。 现在来介绍“延迟选择量子擦除实验”。想要明白这个实验，先要清楚两个概念。 1.量子纠缠 量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象，虽然粒子在空间上可能分开。它描述了两个粒子互相纠缠，即使相距遥远距离，一个粒子的行为将会影响另一个的状态 。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化 。爱因斯坦将量子纠缠称为"鬼魅似的远距作用(神鬼级的远距离相互操作作用)"。但这并不仅仅是个诡异的预测，而是已经在实验中获得的现象。 最典型的例子就是薛定谔那只“既死又活”的猫。在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。从宏观世界的角度，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。但是在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。 就好比你把一个红球和一个黑球分别放在北京和上海这两个地方，当你在上海打开盒子看到红球时，那留在北京的盒子里就是黑球。但是只要你不打开盒子，那盒子里的球就是即红又黑的，处于叠加状态。 2.BBO（偏硼酸钡晶体） BBO这一类非线性晶体可以令前面产生的光量子发生衰变并分裂成两个互相纠缠的光量子（这个过程又叫做“自发性参数下转换”或“参数散射”），当光子激光束通过这BBO晶体，会产生偏振方向相同的纠缠的光量子对。通俗点来说就是BBO晶体会把一个光子分裂成两个孪生新光子，每个新光子拥有原光子一半的能量。（图片来自维基百科） 搞清楚了这两个概念，终于可以隆重介绍“延迟选择量子擦除实验”的原理和留下的疑惑！ 上图就是“延迟选择量子擦除实验”的布局图。由图可知，实验过程是这样的，由从左侧仪器发射激光（光子），通过BBO晶体，使得每个通过缝隙的光子发生量子纠缠，产生两个孪生光子，一个发射到屏幕用来产生干涉条纹，另一个用来研究源光子是通过缝A还是缝B。若探测器A亮起，则表示原光子通过的是缝A；探测器B亮起则表示缝B。当我们发射一堆光子的时候，结果无论是哪个探测器亮起，屏幕上只有一堆简单的光子，没有干涉条纹，呈现出粒子性。 诡异的是，如果把实验改成光子先抵达屏幕，孪生光子延迟抵达探测器。先抵达屏幕的光子会出现干涉条纹，在孪生光子抵达探测器之后，抵达屏幕的光子原本出现的干涉条纹消失了，呈现出粒子性！就好像抵达探测器的光子对抵达屏幕的光子说：嘿兄弟，我们被发现啦，快变成粒子！ 从实验结果我们可以发现，虽然观测行为比屏幕上呈现的结果后发生，但仍然对之前的结果产生了影响！也就是说，未来可以影响过去？！ 接着我们来说图片右下方的C和D。C和D是量子擦除器，可以摧毁有关光子来路的信息。还有设置在A.B.C.D.中的分光镜（半透镜），作用是使光子有50%可能性穿越半透镜，有50%的概率被反射。也就是说，光子穿过半透镜到达C或D后，我们就不知道光子是来自哪条缝隙了。 结果是当孪生光子抵达C或D时，屏幕上就会出现干涉条纹。也就是说，只要删除了光子的来路信息，光子就会给之前的光子发消息：“嘿兄弟，他们不知道啦，不用变成粒子啦！”实验的过程原理介绍到这里就结束啦！ 疑惑： 1.光子能根据未来的情况，改变自己的历史选择？ 2.光子能预测未来的情况（信息是否被删除），从而决定曾经的行为？ 3.难道说在量子的世界里，未来能够改变过去？ 这些疑惑至今尚未有合理的解释，欢迎大家讨论，说出自己的看法~ 题外话：让大家久等啦，我这几天想了很久如何把比较专业的知识说的通俗易懂。如有解释不到位或写错的地方，希望大家多多包涵，提出建设性意见！谢谢！ 下期预告：只要我看着你，你就不会死——贝尔不等式实验。关注我，看更多神奇的科学实验~ 本文章的参考文献： 1.截图来源：【PBS Space Time】B站视频：https://www.bilibili.com/video/av11761018/ 2.量子纠缠释义：360百科：https://baike.so.com/doc/4948275-5169505.html 3.BBO晶体释义和图片:https://baike.baidu.com/item/%E5%81%8F%E7%A1%BC%E9%85%B8%E9%92%A1%E6%99%B6%E4%BD%93/9074184 4.中国知网：Jeong Youn-Chang,Di Franco Carlo,Lim Hyang-Tag,Kim M S,Kim Yoon-Ho. Experimental realization of a delayed-choice quantum walk.[J]. Nature communications,2013,4. 5.中国知网：KIm.Y.-H.A .Kulik.et.A delayed choice quantum eraser experiment.Lasers and Electro-Optics, 1999. CLEO/Pacific Rim '99. The Pacific Rim Conference on. |
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