未來改變過去

最新 04-18

【We are still young微學術】

總第65期

豐富自己、感動他人、點亮世界

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文—— 魯東大學

栗色子

物理系高材生，思維異常活躍，思想超前。喜歡研究哲學、文學。

量子理論一直是物理學的百慕大三角，很多的人走了進去，只有極少數的人走了出來。量子理論起源於物理學著名的烏雲，紫外災難問題，這是經典物理完全無法解釋實驗的經典案例，普朗克以此提出了能量的量子化假設解決了該問題，由此爆發了量子理論的革命。量子理論有兩個最為基本的公式，薛定諤的波動力學和海森堡的矩陣力學（對於物理系的學生這簡直就是個噩夢啊！啊！啊！），這兩個公式是在數學上等價的，但在理論思想上存在這差異，矩陣力學是從物質實際出發的，而波動力學是從概率波出發，兩者有本質的哲學思想矛盾。

隨著量子理論的發展，對於部分實驗的量子化問題也在不斷發展，其中最為經典的就是楊氏雙縫干涉實驗。在經典物理學中，在麥克斯韋理論中光是電磁波，波動學理論很好的解釋的雙縫的干涉現象。隨著波粒二象性和量子理論的發展，物理學家終於「完全」的認識的光的「本質」，該試驗的量子化版本還請讀者去翻閱前幾期內容，在這裡就不贅述了。

楊氏雙縫干涉實驗示意圖

在該試驗的結果的基礎上，約翰·惠勒提出了一個非常著名的思想實驗：量子延遲實驗。1999年量子延遲實驗可以說是現階段量子實驗中最為詭秘的實驗，其根本不同在於「何時」觀察粒子穿過那條縫。這一實驗使用了一種特殊的晶體，它能吸收一個射入的光子併產生兩個新的光子，每一個光子都有原光子一半的能量，這兩個新光子是一對糾纏光子（上一期有講喲），其中一個光子用於「干涉」，而另一個光子用於觀察原光子是從那條縫穿過。將檢測光子「路徑」的儀器設置在相較於接受屏更遠的位置，及一個光子先打到觀察屏上，而後由「觀察」光子的「干涉路徑」。根據哥本哈根詮釋，對於粒子觀察的會導致粒子由波動態的坍縮成粒子態。即如果觀察光子的「路徑」，則在觀察屏上光子的亮點應該是雜亂無章的隨機分布，而如果不觀察，這觀察屏上會出現干涉條紋。

量子延遲實驗示意圖，

、找不到中文版的，只好幫你們到這兒了/(ㄒoㄒ)/~~

（為了好敘述，我們將打到觀察屏這個事件稱為A事件，觀察光子路徑的事件稱為B事件）

對於量子延遲實驗，如果我們簡單的去思考，「觀察」是發生在光子打到觀察屏之後，或者說是B事件是發生於A事件之後，即B事件在A事件的未來。那麼B事件應該不影響A事件，否則這將違反因果論，也就是說無論我們在未來是否觀察光子的「路徑」都不會導致過去的光子的概率函數發生坍縮，觀察屏上應該還是會有干涉條紋的出現。然而事實並非如此，實驗的實際情況是只要你對光子的「路徑」進行觀察，則觀察屏上就不會出現干涉條紋，即光子沒有表現其波動態，而是表現其粒子態，完全雜亂無章的隨機分布在觀察屏上。該現象直接向因果論發起了挑戰，它提出了一個很詭異的事實，「未來」會影響「過去」，就好像未來的自己告訴過去的自己未來將要被觀察，導致過去的自己發生坍縮。（這裡所指的因果效應是指哲學思想中的因果論，不包括數字的廣義因果論）。

有意思的是這個結果卻很好的滿足哥本哈根詮釋，在哥本哈根詮釋中對於觀察是時間沒有要求，即該詮釋不帶有時間性，即無論是過去觀察還是未來觀察都是對粒子的觀察，會導致了其概率函數的坍縮，由波動態坍縮成粒子態。在某種程度上可以說未來決定了過去。（物理學的理論僅熱力學第二定律有時間方向性）

這張圖片沒有任何意義，相信聰明的你也看出來了:-D

蛋疼的物理學家根本不滿足於此，他們在觀察裝置中加入了一個量子擦除器，該裝置的作用是可以選擇性的擦除其「信息」，即擦除對於光子觀察的「信息」。在擦除條件下，干涉條紋又再次出現了。

如何去解決它和因果論不可調和的矛盾呢？這裡僅大膽的做出假設，或許我們應該摒棄所謂的時間觀念，或者說未來，現在，過去存在於「同一時刻」。先別急著拍磚，在該觀念下，這個實驗確實能很好的解釋：無論是過去的觀察還是未來的觀察都是「同一時刻」，這就迴避了未來影響結果的荒謬理論，當然這個荒謬「只存在於時間中」。這個假設是不是很荒謬，那為什麼不讓未來的我給先現在的發一下明天的彩票號碼呢？又或者讓現在我穿越回過去呢？