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第二百七十四章 電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

    通過量子手段向過去發(fā)送信息。
    從時(shí)空順序上來看是先有接收信息,然后才有發(fā)送信息,這種先有果后有因的事件實(shí)際上是一種時(shí)空結(jié)構(gòu)上的因果破壞。這種看起來不可能的事情,正是當(dāng)代量子領(lǐng)域正在研究的課題,而且從種種跡象來看,這竟然是可以實(shí)現(xiàn)的。
    用量子手段顛覆事件的因果性,先有果,再有因,這絕對(duì)是一個(gè)瘋狂的構(gòu)思。
    倘若一切是在同一條世界線中,由于歷史的固定,倒是勉強(qiáng)能夠接受這一點(diǎn)。
    ……
    ……
    “蘇源,你大概還記得高中時(shí)的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)吧。”
    高峻忽然開口說道。
    蘇源點(diǎn)了點(diǎn)頭,回答:“記得,水波通過雙縫的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,而延伸到微觀領(lǐng)域,它也是闡述‘波粒二象性’的確鑿證據(jù)。”
    微觀粒子具有波動(dòng)性和粒子性,兩種看似矛盾的屬性實(shí)際上卻是同時(shí)具備。
    高峻看了眼夏琳扉,夏琳扉拿起板擦將黑板上的圖形、文字全部擦掉,她道:“接下來我跟高峻給你和葉皓展示一個(gè)實(shí)驗(yàn)思路,通過它告訴你們量子是不是能夠置換因果。”
    “實(shí)驗(yàn)怎么做?”
    蘇源眼中閃過一絲好奇。
    高峻笑道:“這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要分成五個(gè)思維步驟!”
    說著他在黑板上劃出兩條豎線,并用手擦去了前面一條豎線中心部位的一點(diǎn),使它出現(xiàn)了一個(gè)窟窿。
    “(1),你們看,現(xiàn)在有一個(gè)縫隙的擋板,擋板后面有一個(gè)屏幕。假設(shè)從擋板的前方拋出大量的小彈珠,小彈珠通過擋板縫隙在屏幕上留下痕跡,那么留下的痕跡應(yīng)該是一條帶,對(duì)吧?”
    蘇源點(diǎn)了點(diǎn)頭,“沒錯(cuò),宏觀小顆粒通過擋板的縫隙之后只能沿直線運(yùn)動(dòng),打在背后屏幕上是一條寬帶。”
    高峻隨即在在擋板的豎線上又抹了一下,變成了兩個(gè)窟窿。
    “現(xiàn)在有兩條縫了。還是拋出大量小彈珠,后面屏幕上是不是留下兩條平行的寬帶?”
    “是的。”
    “那么假設(shè)我們沒有拋出大量的小彈珠,朝擋板過去的是一個(gè)宏觀上的水波,那么通過單縫的時(shí)候,它應(yīng)該在屏幕上留下一條明亮條紋。”
    蘇源明白高峻的意思了,干脆主動(dòng)說道:“如果擋板上是雙縫。那么水波通過擋板的時(shí)候,會(huì)在擋板后方形成波紋的疊加,由此形成干涉現(xiàn)象。在屏幕上留下一條條平行的條紋。”
    “沒錯(cuò),這就是宏觀上的干涉實(shí)驗(yàn)!”
    夏琳扉這時(shí)候說道:“下面進(jìn)行第二個(gè)步驟。”
    “(2),假設(shè)現(xiàn)在通過單縫擋板的不是大量小彈珠,而是微觀上數(shù)不盡的電子,那么它在屏幕上會(huì)留下什么?”
    “單條明亮的條紋!”際葉皓確定的語(yǔ)氣道。
    夏琳扉點(diǎn)了點(diǎn)頭,“是的,大量微觀電子通過一條縫時(shí),會(huì)在背后屏幕上留下一條明亮條紋。”
    “但如果將單縫換成雙縫呢?”
    “大量微觀電子通過雙縫,會(huì)形成類似水波干涉造成的一條條明亮波紋。”
    蘇源信心滿滿地回答,大量電子集體出發(fā)會(huì)形成像水波一樣的干涉現(xiàn)象。這就是微觀粒子呈現(xiàn)出的波動(dòng)性。
    高峻問道:“那你們認(rèn)為,大量的電子集體出發(fā)通過兩條縫之后。是什么導(dǎo)致了它們發(fā)生干涉現(xiàn)象?”
    “也許是電子與電子之間發(fā)生了擠壓……”夏琳扉笑著給出一個(gè)猜測(cè)的可能。
    高峻點(diǎn)了點(diǎn)頭,“或許可以用群體間的互相作用來解釋這種現(xiàn)象。那么我們進(jìn)行下一個(gè)步驟。”
    “(3),不要讓電子大量的通過,而是一個(gè)一個(gè)釋放電子,每次只釋放出一個(gè)微觀大小的電子,這樣就避免了它們的互相干擾。”
    “這樣的結(jié)果會(huì)怎么樣?”蘇源有些好奇了。電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,確實(shí)沒講到使用這種實(shí)驗(yàn)手法會(huì)造成怎樣的結(jié)果。
    “隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,依次釋放出足夠的電子之后,做實(shí)驗(yàn)的人發(fā)現(xiàn)在雙縫背后的屏幕上再次出現(xiàn)了干涉效果的一排排條紋,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與同時(shí)釋放大量電子一模一樣。”
    “為什么會(huì)這樣?不是已經(jīng)排除了電子之間互相作用的影響了嗎?”
    這樣的結(jié)果確實(shí)讓人難以理解。雖然蘇源知道多半會(huì)是這樣的結(jié)果,可為什么會(huì)這樣呢?
    “按理說一次只釋放一個(gè)電子,電子要么通過1號(hào)縫要么通過2號(hào)縫,如果只通過其中一條縫的話,那么與(2)步驟中的單縫實(shí)驗(yàn)是一個(gè)效果,應(yīng)該留下兩條清晰的條紋才對(duì),可實(shí)際上它卻是雙縫干涉的效果。”
    “唯一的解釋就是,當(dāng)單個(gè)電子接近雙縫的時(shí)候,它知道前面是雙縫,所以一分為二,一半通過1號(hào)縫,一半通過2號(hào)縫,并在通過之后互相造成干涉,通過之后又合二為一,并在屏幕上留下痕跡。”
    “但這在數(shù)學(xué)上無(wú)法解釋,它同時(shí)通過了兩條縫,而不是選擇其中一條!”
    夏琳扉道:“所以科學(xué)家們必須確定它到底通過了哪一條!接下來是第四個(gè)步驟。”
    “(4),在兩條縫的后方兩側(cè)都安裝兩臺(tái)檢測(cè)設(shè)備,用以監(jiān)測(cè)電子通過縫隙時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)電子通過1號(hào)縫時(shí),與它同側(cè)的檢測(cè)器就會(huì)報(bào)警。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為了確定單個(gè)電子通過雙縫時(shí)究竟走了什么路線,有沒有同時(shí)通過兩條縫的可能。我們的實(shí)驗(yàn)思路已經(jīng)將電子當(dāng)作宏觀的粒子進(jìn)行考慮,實(shí)際上我們觀察的就是粒子性。”
    “結(jié)果怎么樣?”蘇源問道。
    “通過一次釋放一個(gè)電子,反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電子是一個(gè)個(gè)通過細(xì)縫的,在屏幕上出現(xiàn)了兩條明亮的條紋,并沒有出現(xiàn)干涉現(xiàn)象的一條條波紋。”
    際葉皓意外道:“僅僅是在縫隙的兩側(cè)裝了探測(cè)器。并沒有影響電子通過的路徑,探測(cè)到的結(jié)果卻變成跟宏觀粒子一樣的狀態(tài)?”
    在(4)這個(gè)步驟中,微觀粒子的波動(dòng)性消失了,轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)卻是跟宏觀粒子一樣的粒子性!
    “是的,我們只是想看看電子究竟通過了哪條細(xì)縫,確定一下有沒有同時(shí)通過兩條細(xì)縫的可能,實(shí)驗(yàn)思維是建立在粒子性基礎(chǔ)上,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是電子好像知道我們?cè)谟^察它一樣。壓根不表現(xiàn)出波動(dòng)性。”
    “電子成精了!”
    蘇源皺了皺眉頭,開玩笑道。
    “那么我接下來進(jìn)行第五個(gè)步驟。”
    “(5),如果依舊跟步驟(4)一樣,在縫隙的兩側(cè)安裝探測(cè)器,但不讓探測(cè)器報(bào)警呢?只要探測(cè)器不報(bào)警,人類就不會(huì)知道它通過了哪條縫。也就沒有預(yù)設(shè)粒子性的前提,在這樣的條件下,繼續(xù)(4)步驟的實(shí)驗(yàn)。”
    其實(shí)(5)實(shí)驗(yàn)和(4)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是完全一樣的。區(qū)別就在于是否通過報(bào)警讓人類知道粒子走過的路徑。
    “結(jié)果怎么樣?還會(huì)像(4)一樣表現(xiàn)出粒子性嗎?”際葉皓問。
    蘇源搖搖頭,“既然高峻和夏姐舉這個(gè)例子了,結(jié)果肯定不是嘍!”
    高峻說道:“蘇源說得沒錯(cuò),步驟(5)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)與(4)不同,它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是后方屏幕上再次出現(xiàn)了一排排干涉條紋,表現(xiàn)出了波動(dòng)性。”
    “那這究竟是為什么,為什么人類一旦無(wú)法得知它的運(yùn)動(dòng)路徑時(shí),它又表現(xiàn)出了波動(dòng)性?步驟(5)的實(shí)驗(yàn)與步驟(4)唯一的區(qū)別就在于我們是否能知道電子的軌跡。但我們知道了電子軌跡,會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響嗎?”
    這實(shí)在是一個(gè)讓人深思的問題。
    我們不想看到粒子性,并以此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(5)的時(shí)候。它最終在我們面前展現(xiàn)干涉條紋,表現(xiàn)出了波動(dòng)性。
    而我們以粒子性思維設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)(4)。添加了報(bào)警功能,它卻表現(xiàn)為粒子性。
    也就是說,我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜑榇嗽O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致了與之匹配的結(jié)果的出現(xiàn)。
    際葉皓擰著眉頭說道:“如果一定要用理論來解釋的話,這大概就是‘觀察者效應(yīng)’。”
    高峻贊同道:“是的,在量子理論當(dāng)中。粒子是處在多種可能性的疊加態(tài)或波函數(shù),根據(jù)哥本哈根學(xué)派的波包塌縮效應(yīng),當(dāng)有觀察者對(duì)它進(jìn)行觀察時(shí),疊加態(tài)會(huì)塌縮成一個(gè)固定的狀態(tài)被觀察到,這就是‘觀察者效應(yīng)’。”
    “但這與因果性有什么聯(lián)系?”
    蘇源想到一開始的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呔拖牧侦橹荚谕ㄟ^這個(gè)實(shí)驗(yàn)講述因果的顛倒啊。
    “先別急。”
    夏琳扉微笑看著她,對(duì)高峻道:“你來告訴大家。”
    高峻點(diǎn)點(diǎn)頭道:“在上面的實(shí)驗(yàn)中,由于整個(gè)過程是單個(gè)電子單個(gè)電子的釋放,所以在呈現(xiàn)波動(dòng)性的時(shí)候,電子顯然同時(shí)通過了兩條細(xì)縫,擁有兩條路徑,于是發(fā)生自我干涉;而呈現(xiàn)粒子性時(shí),它必然只能通過一條細(xì)縫,實(shí)際通過的過程也只有一條路徑。”
    “換句話說電子在通過第一條有兩個(gè)缺口的豎線之后,本身已經(jīng)選擇了一種通過方式,要么同時(shí)通過兩條細(xì)縫,選擇兩條路徑,呈現(xiàn)出波動(dòng)性;要么只通過一條細(xì)縫,選擇一條路徑,呈現(xiàn)出粒子性。”
    “這個(gè)選擇的參考取決于它提前知道了我們想要觀察它的什么特性。”
    “那么我們延伸一下,假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),在電子通過了隔板上的豎線,但還沒有到達(dá)屏幕的時(shí)候,我們突然改變我們要觀察的特性。”
    “比如說,原先的實(shí)驗(yàn)條件是像步驟(5)一樣不加入報(bào)警裝置,表明我們不強(qiáng)調(diào)粒子性,那么按照步驟(5),電子應(yīng)該在通過雙縫的時(shí)候做出選擇,同時(shí)通過兩條縫。而在電子已經(jīng)做出選擇通過兩條縫隙但還沒到探測(cè)器時(shí),我們突然人為快速的加入報(bào)警裝置,表示我們改變主意了,現(xiàn)在想要看到電子的粒子性。”
    “結(jié)果只有單側(cè)報(bào)警器做出反應(yīng),并且反復(fù)試驗(yàn)后在屏幕上呈現(xiàn)出粒子性的條紋。”
    “這說明了什么,按照時(shí)間的先后順序,電子先做出選擇展現(xiàn)出波動(dòng)性,電子一分為二通過了雙縫。但因?yàn)槿藶楦淖儨y(cè)量目標(biāo),已經(jīng)通過了雙縫的電子又變成只從一條細(xì)縫穿過了……”
    這表明,在我們做出選擇之后,已經(jīng)確定路徑的電子發(fā)生了改變。
    因果在小范圍被改變了,我們“觀察”電子,導(dǎo)致改變了電子的“過去歷史”。
    換一個(gè)角度來說,現(xiàn)在的選擇不僅可以改變未來,也可以改變過去。時(shí)空是連續(xù)的,時(shí)間軸上的任何一點(diǎn)動(dòng)作都可能影響整個(gè)時(shí)空中事件的發(fā)展!基于這一點(diǎn),只需要加大對(duì)時(shí)間軸上的因果置換量就可以制造出時(shí)光機(jī)的雛形。
    ps:
    這一章比較難懂,大家仔細(xì)研讀一下!!
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