第29章 光,既可以是微粒,也可以是波(一)

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我记得自己大学刚一入学,就已经注意到立东了。

那个人的个子很高,身材很好,一眼就让人觉得很帅,而且不像很多男生一笑就破功,或者一说话就破功,立东笑起来格外帅气,声音也很好听,衣品也是极好的。

虽说立东不擅长打篮球算是一个意外,但他总会在朋友圈晒他打壁球、打高尔夫、打网球的小视频;今宵不是在这个酒吧,就是在那个桌游店;作为明星学生,图书馆也是立东常去的地方,当然,他始终名列前茅的成绩,也是他疯玩、炫耀的资本。

我最初和立东的关系纽带来自我的课友路慎行。路慎行是立东的好哥们,两个人如影随形,而我和立东正式的相识契机是量子延迟选择实验。

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“延迟实验”,也即量子延迟选择实验,是我和立东在大学物理课上的一次讨论课题。

当时我和他所在的讨论小组除了我们俩之外,其他所有人都认为量子延迟选择实验打破了因果律,证明的是过去的历史可以被未来的行为所改变,但我和立东则认为这个实验证明的东西再简单不过——就是光的波粒二象性和量子理论的哥本哈根诠释,以及“任何物体在被观测前均处于不确定的状态”。

立东是小组组长,当时他是这么介绍这个实验的背景的:“你们看,这个实验一共分为三个阶段,第一个阶段的实验是这样的——从激光脉冲源射出的光子,在通过半透镜1的时候,有50%的可能性会被半透镜1反射,并通过全反镜1,被全部反射到探测器A处,走线路1。

“但正因为是半透镜,所以从激光脉冲源射出的光子还有50%的可能性是穿过半透镜1,改走线路2,被全反镜2全部反射到探测器B之中,经过实验,我们知道,光子的路线和前述的实验假设一致,也就是,有50%的可能性是探测器A亮,50%的可能性是探测器B亮。

“但是,如果在线路1和线路2相交的地方再加入一个半透镜2……”立东指着小组讨论室白板上半透镜2的位置,问自己的组员说,“你们有谁来说说,这个实验的第二个假设是什么?”

组员们面面相觑,似乎都生怕会说错话。

立东无奈道:“我又不是你们的老板,不会吃了你们。”

我解围道:“我来试着讲讲吧。”

“好的,芸清。”立东对我点了点头,双手抱于胸前,凝视聆听。

“在说第二个实验假设前,需要强调一些基本理论,之前半透镜1利用的是光的粒子性,所以光子才会被‘反射’,而这边准备加入的半透镜2则将利用到光的波动性。”芸清强调,“这毕竟是一个与量子理论的哥本哈根诠释密切相关的实验,所以哥本哈根诠释也是理解这个实验的前提。哥本哈根诠释是说,物质具体表现出什么状态,只有在被探测之后才能确定,在被探测前,任何物质都同时处于各种状态的叠加。

“通俗地说,在打开盒盖被人眼观测之前,薛定谔的猫是处于既死了又活着的状态的叠加。”我继续解释道,“在这个实验中,光子作为物质,被外界探测的那一刻是在进入探测器A或者进入探测器B时,所以在被探测之前,根据哥本哈根诠释,光子的状态应该处于经由线路1抵达探测器A和经由线路2抵达探测器B的双重叠加态。

“如前所述,实验第二阶段加入的半透镜2利用的是光的波动性,并且通过调整透镜位置,保证处于叠加态的光子在进入探测器A时,总是反相叠加,从而探测器A始终不亮,同时保证处于叠加态的光子进入探测器B时,总是同相位叠加,从而探测器B会常亮,而且亮度应是增强的。”我稍作停顿后说,“实验的假设便是——在加入半透镜2后,探测器B应当会常亮而且亮度增强,而探测器A则始终不会亮,最后,经由实验证明的结论和前述假设是一致的。”

“好。”立东说,“大家都听明白了吗?接下来谁来说说,我们这次的课题讨论核心,也就是实验的第三步?”

另一个女生举起了手,我知道她,系主任家的亲戚嘛,不由心想,她应该也很喜欢立东吧?我记得好几次大物课,她都坐在立东的邻座。

立东示意那个女生发言。

那个女生看上去跃跃欲试着说:“第三阶段的实验是对放入半透镜2的时间进行调整,我们首先让光通过半透镜1,这个时候,光子应该已经就到底是走线路1,还是走线路2作出了选择,然后在光子抵达探测器A或B之前放入半透镜2,按道理说,探测器A即使会亮,也不会亮度增强,而且探测器B也有50%的可能性会亮,也就是说,第三步实验的结果应该和第一步的实验一致,但诡异的是,第三阶段的实验结果却和第二阶段的实验结果一致,也就是探测器A会常亮且亮度增强,而探测器B却一直不会亮。”那个女生转而给出了自己的分析,认为:“这说明,光子因为半透镜2的加入而改变了自己之前选择的路径,它放弃了之前所选择的线路1或者线路2——这意味着,我们现在加入半透镜2的行为,改变了光子在过去的选择。”

立东扬了扬眉毛,未对那个女生的分析予以置评,而是问:“有人有别的意见吗?”

讨论室里一如既往的静默。

“不是吧?你们都认为,这实验说明过去的历史是可以被现在的行为改变的?”立东点名问,“芸清,你也这么认为?”

“啊?”我有些尴尬,我不想和系主任家的亲戚正面刚啊……

不过,我的确认为这个实验证明的东西不是她说的那些……我心想:探测器的观测行为才会让光子的状态稳定下来,经过半透镜1或者半透镜2都不是观测行为,也就是光子没有在通过半透镜1的时候做出选择,所以后面加入半透镜2的行为也根本没有改变光子过去的选择,所以第三阶段才会产生和第二阶段叠加态相同的结果……但搞什么嘛……如果立东自己不同意这个观点,干什么叫我说啊?他自己怎么不说?!

算了,我想这毕竟只是学术讨论,便笑道:“我觉得这个实验只是证实了哥本哈根诠释罢了,也就是在被观测前,光,既可以是微粒,也可以是波。”