量子擦除實驗:未來改變現在?帶你探索跨越時間的量子糾纏現象

2020-11-22 Alien老王

光的雙縫實驗在物理學中一直都是鬼魅般的存在,光在通過雙縫後,既可以展現出波的特性,又可以展現出粒子的特性,也就是所謂的玻璃二相性。有人認為存在某種特定的「場」,這個「場」會對其中的光子發生力的作用,而這個「場」的場強像水波一樣規律變動,所以光子也會像水波一樣傳播,他們對雙縫實驗提出了質疑,認為是探測器幹擾了光子的運動軌跡。這次,科學家在雙縫和屏幕之間放置了一個特殊晶體(BBO晶體)。

這個晶體可以吸收一個光子,並產生兩個新的光子,每個新光子,都擁有原光子一半的能量。這兩個光子一個射向屏幕,用來觀測結果,另一個射向儀器,可以觀測光子從哪個縫穿過,這時發現屏幕上沒有出現幹涉條紋,這兩個光子好像說好了一樣,只要其中一個被觀測,另一個就不出現幹涉條紋,這就是量子理論中的糾纏態。

實驗到這裡,貌似可以宣告失敗了。不過又有科學家稍微改了一下實驗流程,又出現了另一個令人震驚的現象。他們認為:既然量子糾纏可以瞬間感應,那麼為什麼不先看結果,再檢測過程?如果波函數會在觀測的一瞬間崩塌,那就先看結果,因為結果確定了,過程也唯一確定。這樣,第一個光子還沒收到被觀測的信息就已經落到屏幕上了,而第二個光子被觀測時也已經來不及告訴第一個光子,只好兩臉懵B地看著對方。這就是著名的量子延遲選擇實驗。

然而科學家所期待的幹涉條紋並沒有出現。好像第二個光子穿越時空回到過去提醒了第一個光子。大家都知道量子糾纏是一種超距作用,現在看來,似乎還是一種跨越時間的作用。

這個結果已經非常詭異了,能不能再詭異一點?量子理論告訴你:沒有最詭異,只有更詭異。上述兩個實驗都是存在觀測環節的,如果認為打亂軌跡,讓準確觀測成為不可能,實驗結果還會改變嗎?這次科學家在仍舊用延遲實驗的設備,但是在第一個光子到達之後,立即擦除第二個光子的軌跡,即人為打亂軌跡,這次,屏幕上出現了久違的幹涉條紋。也就是說,只要你最終擦除了光子的軌跡,無論是一小時後,一天後還是一年後,屏幕上都會出現幹涉條紋,即你未來所做的決定,將會影響到現在。這就是著名的「延遲選擇量子擦除實驗」。

那麼,能否利用這種特性來買彩票,並通過量子糾纏現象來告訴昨天的自己應該買哪張彩票呢?

現在我們就來設計實驗告訴昨天的自己怎麼買彩票。首先按照量子延遲選擇實驗的方法,將光子分為兩個,其中一個落到屏幕上,另一個暫時不管,等到第二天,如果中獎了,就擦除軌跡,則屏幕上出現條紋;如果沒中獎,就不擦除軌跡,屏幕上沒有條紋。

然而無論你是否擦除軌跡,屏幕上永遠沒有條紋出現,這又是為什麼?原來,所謂的擦除是無法真正做到「擦除」的,如上圖,科學家是通過打亂軌跡,讓藍線和紅線的光子混到一起進入觀測裝置。而這兩個觀測裝置會對應產生兩種不同的幹涉條紋,這兩紋恰好互補,疏密部相互疊加,所以看起來是毫無規律的。並且唯一的分辨方法就是:等到第二天看你是否有擦除軌跡。

就好像是你收到一封來自未來的信封,裡面的內容被加密了,你在第二天才找到密鑰解密了內容,然而信息的時效性早就過了。

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