近期热门的精选读物《第一推动丛书·弦理论之争系列》,幽默有趣非常动人!(45)

2023-07-21 来源:旧番剧
抹掉过去
需要特别注意的是,在这些实验中,过去不会被今天的行为以任何形式改变,实验的任何修正都无法完成这样一个难以企及的目标。这就提出了一个问题:如果你不能改变已经发生的事情,那么你能做哪些事情来消除其对现在的影响呢?从某种程度上讲,有时这种幻想可以成真。一名棒球手,在第9局最后己方已经两人出局的情况下,错失了一次普通的击球,使对方成功将自己一方封在一垒;不过,只要能够将下个投手掷出的球打好,他就可以挽回自己的错误。当然,这样的例子毫无神秘之处。只有当过去的某个事件干脆利落地除掉了未来另一件事情发生的可能性(比如说,那名球员击球后被对方直接接杀就意味着他们队完了),而我们随后又得知那件不可能的事情却发生了时,我们才会意识到有些东西非常奇怪。玛兰·斯考利和凯·德鲁尔于1982年首次提出的量子橡皮,就暗示我们量子力学存在这种奇怪现象。
量子橡皮实验的简单版本利用的是双缝实验的装置,只不过要以如下方式稍做修改。每个缝隙前面都放置一个标记装置,它会为每一个经过的光子做记号,这样一来,稍后只要查验光子,你就可以知晓它所通过的到底是哪一条缝隙。如何标记一个光子——你该如何在从左边缝隙通过的光子身上标一个“L”,在右边缝隙通过的光子身上标一个“R”——的确是一个好问题,不过细节并不重要。粗略地讲,可以用这样的方法标记,让光子自由地通过某个缝隙,然后迫使其自旋指向某个特殊方向。如果左右缝隙前的装置能使光子的自旋指向特定但又不同的方向,那么我们就可以借助于一台更加精密的接收屏——这个新的接收屏不仅可以标记光子落在屏上何处,还可以记录下光子的自旋指向——来搞清楚光子到底通过的是哪一条缝隙。
实施这个带标记的双缝实验时,光子并没有形成如图7.4(a)所示的干涉图样。现在我们应该已经很熟悉这里的解释了:新的标记装置会获得有关哪一条路径的信息,而哪一条路径信息又能够选定或这或那的历史;实验数据会告诉我们,某个光子通过的到底是左边的缝隙还是右边的缝隙。如果没有经过左边缝隙和经过右边缝隙的轨迹的组合,就不会有概率波的叠加,因而就不会产生干涉图样。
现在,我们来看看斯考利和德鲁尔的想法。在光子撞击接收屏之前,如果你把标签装置对光子所做的标记擦除,从而消除了获知光子通过哪条缝隙的可能性,那又会怎样?这样一来,即使从理论上讲,也没有办法从探测到的光子中获取哪条路径的信息,这会使两种历史发生相互作用,从而形成干涉图样吗?注意这种“取消”过去可比棒球手在第9局最后的神奇接球厉害多了。按下标签装置的开关时,我们可以想象每个光子都像粒子般运动,穿过左边的缝隙或右边的缝隙。不管通过什么方法,在光子撞上屏幕之前,我们将其上所记录的有关通过哪一条缝隙的信息擦除掉了;但是,这似乎对于形成干涉图样而言已太晚。在干涉中,光子呈现波动性,它必须同时经过两条缝隙,这样它才能在到达探测屏的过程中相互混合。但我们起初对光子所做的标记似乎保证它会像粒子一样运动,要么经过左边的缝隙,要么经过右边的缝隙,从而使干涉过程不会发生。
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