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第四十九章 双缝干涉与延迟选择
微观粒子具有波粒二象性,既是粒子,又是波。微观粒子通过双缝,会得到干涉图样,表现了波的特性,只有波才能同时通过两条缝隙。而粒子只有一分为二才能同时通过双缝,但是粒子能一分为二吗?显然,双缝没这么大能耐使粒子一分为二。事实也证明,粒子没有一分为二,我们观察到,粒子只能通过一条缝隙,而且此时,我们得不到干涉图样,它表现出粒子性,不是波。为什么我们不去观察它的运动路径时,它就表现为波,而我们去观察它时,它就表现为粒子?难道我们的观察会影响它的行为?
当微观粒子的波长足以通过双缝时,一方面,波的特性要求粒子一分为二通过双缝,另一方面,粒子性又要求粒子不能一分为二,只能选择其中一条缝隙通过。怎么办呢?怎么做到既是粒子又是波呢?怎么做到看起来一分为二其实还是一个呢?
有一种办法,只要速度够快,就会有出现分身的幻觉。什么速度最快?关联变化最快,即当确定了一个,另一个同时确定,好比之前说的一双手套,当确定了其中一只是左手套,瞬时就能确定另一只是右手套。类似的,当我们通过观察确定了粒子是通过了左边的缝隙,瞬时就能确定粒子没有通过右边的缝隙。粒子就是以纠缠态的形式在双缝之间“左右逢源”。
让我们回到波的本质,波其实就是一种关联变化。微观粒子如果能以粒子的形式表现一种关联变化,就完美的解决了粒子性与波的矛盾,使它们得以共存。双缝使粒子产生了一个与它纠缠的新粒子,它们纠缠的特点是,只要外界观察确定了一个粒子的存在,另一个纠缠粒子瞬时自动消失。这种关联变化也正好体现为一种波,这里把它叫做“纠缠波”。这个微观粒子就像一个技艺高超的“舞者”,远看是一个双人舞,近看竟是单人舞。如果外界不去走近观察它,它就总是以纠缠态保持波的特性。如果外界来观察,它就打破纠缠态,回到粒子性。
延迟选择实验,没有改变历史。光子通过半透镜,就像通过双缝,会产生一个与它纠缠的新光子。它们纠缠的特点是,如果被不同的观察者观察,当一个光子被观察到,另一个纠缠光子瞬时自动消失。这既符合粒子性,又表现了波动性。如果在它们的路径上增加半透镜,使它们得以再次相遇,被同一观察者观察,两个纠缠光子则不会消失一个,因为它们可以合二为一,没有必要消失一个来表现粒子性,而且还能共同作用产生干涉,体现波的特性。
上述的量子纠缠态是基于被观察的纠缠。对粒子的观察,肯定有对粒子施加光子的作用,这个作用会改变粒子的行为,打破粒子的纠缠态。
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