杨氏双缝干涉实验

杨氏双缝干涉实验 双缝干涉延迟实验到底验证了什么，为什么说它的实验结果很恐怖？

这个实验验看似是得到了一个细思极恐的结论，甚至说是打破了“因果律”，但是，其实这只是一种对“我们能够观测”的现象的解释，我试着说一说。

双缝干涉一束光通过一个双缝后分为两束光，从光的波动学说上说，光由于是一种波，那么两束波相遇是会发生干涉效应的，也就是：波峰+波峰=叠加波峰+波谷=相消波谷+波谷=叠加于是就得到了干涉条纹。

但是对于单光子来说，有两个缝会经过哪个缝呢？哥本哈根的解释是同时通过。

那么这就匪夷所思了。

惠勒延迟实验为了验证单光子干涉的结论，惠勒改进了双缝干涉实验。

首先解释下实验装置。

一束单色光经过一个半反半透镜，分成两束强度相等的光，再分别经过反射镜反射后在一个位置相遇，如果在这个位置再放上一个半反半透镜，精密地调整两束分光的光程差，那么可以使得两个探测器中一个总是得到干涉叠加的光，另一个总是得到干涉相消的光。

单光子实验那么如果对于单个光子是什么情况呢？对于单个光子在遇到半透镜1的时候，从概率波角度解释，它有50%的概率走反射镜1的通路，有50%的概率走反射镜2的通路。

如果不使用半透镜2，那么探测器1和2各有50%的概率探测到这个光子，这时候光子是一个粒子。

而如果使用半透镜2，实验的结果是，其中一个探测器会总是收到光子，另一个却总是收不到。

也就是说，就算只有一个光子，也是有干涉效应的。

那么问题来了，从粒子角度来看，这是没法解释的。

因为粒子在半透镜1的时候，要么走反射1的通路，要么走2的通路，那在半透镜2怎么能干涉呢？所以只有用波动解释才能解释通，即它同时通过了两条通路。

打破因果律了吗？接下来的实验，才叫人大跌眼镜。

单光子实验时，如果没有半透镜2，单个光子是粒子，而如果有半透镜2，则它又是波。

那么，首先不使用半透镜2，如果能在光子通过半透镜1之后的瞬间，这时候光子已经有50%的概率选择了通路1或者通路2，在它还没到达半透镜2 的时候的瞬间把半透镜2加上去，那么这时候光子在半透镜2上还是有50%的概率去探测器1或者探测器2的。

但是，实验结果是，只要一个探测器是始终接收到光子，而另一个没有。

也就是说，在光子经过半透镜1以后，通过放入半透镜2这个行为，改变了光子过去的行为，使它总单路线变成了同时走双路线。

这样后面发生的行为影响了前面的行为，所以说打破了因果律。

但是，这不过是一种解释，实际的情况，我们既不能把光看做单纯了粒子，也不能看做单纯的波。

粒子性和波动性只是它的两个方面而已，限于人类的观测条件所限，我们要么看到了粒子性，要么看到了波动性，这是片面的。

就好像盲人摸象，他们每个人说的都对，又都不对。

人类目前对量子世界的理解也就像盲人一样，还没发看到它的全貌。

所以打破因果律的推论不过是在一个片面的观测下得到的片面结论。

量子世界还有很多未解之谜等待我们去破解。

尽量通俗的科普。

先说波和粒。

有个房间，你对着门口开了一q，子d从门飞进去打在一个点上，这是粒子，直线传播的。

还是这个房间，你对着门口吼了一声，里面的人站在任何一个位置都能听到，这是波。

这两种东西直觉上是觉得性质是截然相反的，但微观上偏偏就不是。

记住这句话，看后面的内容。

杨氏双缝干涉实验，一束光通过两个缝隙，分成两个完全相同的光源，然后波峰波谷叠加，出现明暗条纹典型的波特性。

如果是粒子，想象一下，你用冲锋q对着双缝扫射，后面放一堵墙。

只有在q口和双缝连线的延长线上，墙面才有d孔，应该是聚集在两个地方的，这是典型的粒子性。

电子双缝干涉，是这样的，发射一束电子出去过双缝，唉，干涉的明暗条纹出现了，是波。

改成一个一个的电子发射，最后还是干涉条纹。

那么问题来了，每次只有一个电子，它是如何同时过双缝，和自己干涉，然后出现明暗条纹的呢？为了搞清楚这个问题，科学家在双缝上分别设置了感应器，电子通过的时候就会有信号，就知道电子是从哪个缝过去了，然后神奇的事情发生了，干涉条纹消失了，电子聚集在两个区域，表现出了粒子的特性。

后面还设计了更巧妙的实验，延迟擦除，懒得打字了，有人看再更。

4.22更新给9个评论的观众。

延迟擦除，前面写错，已经更正。

双缝干涉的恐怖就在于这个延迟擦除，异常的毁三观。

现在我们已经知道，如果能测得电子通过哪一条缝，它就表现出粒子性（干涉条纹消失），如果不测就表现波动性（出现干涉条纹），那么如果把是否观测这件事放在干涉条纹这件事的后面，会出现什么呢？这就是所谓的延迟。

先科普一个概念，量子纠缠，可以理解为一对粒子，测出一个就知道另一个的状态，不管这俩粒子在天涯海角。

然后我用通俗的语言，概括一下延迟擦除。

还是光，通过A B两个缝，然后放一个晶体，过了这个晶体后就会产生一对纠缠态的光子（甲乙），然后甲射向屏幕，观察是否有干涉条纹，乙射进行另一个装置，我们就叫延迟观测装置吧。

我们观测乙，就能知道甲的情况。

延迟观测装置针对A缝和B缝设计了两条光路，从A缝射出的进入光路a，从B缝射出的进入光路b。

两条光路的路程不同，光路a需要 t1时间入射到检测结构，光路b需要t2时间入射到检测结构，那么根据最后入射到检测结构的时间，就知道乙到底走的是光路a还是光路b。

知道它走哪一条光路，就能反推出它是穿过了哪个缝，这个时候屏幕上的干涉条纹消失了。

然后改变光路b中的一段，使得光路a和光路b的长度相同，也就是说擦除了二者差距那一段信息，最后入射到检测结构的时间相同，我们无法获知乙走的哪一条光路，也就无法反推它穿过那一条缝，这个时候屏幕上的干涉条纹又出现了。

可能有人觉得奇怪，直接在缝上测不就行了吗，搞这么复杂干嘛？重点来了！！！敲黑板！！！在延迟观测装置上，乙打到检测结构的时间，在甲投射到屏幕的时间之后！！什么意思，比如说有个光子，它在通过双缝的时候，已经“知道”了未来是否会被观测，然后“决定”否进行干涉，是不是很奇怪？果出现在了因的前面，因果律还有用吗？这个实验的延迟时间很短，零点几秒。

如果光程长到几光年，那么光子能够提前几年知道自己是否被观测吗？有人说这个实验顺带证明了上帝不存在，如果有全知全能的上帝，那么他一定知道粒子从哪个缝过去，那粒子就不可能出现干涉了。

还有一个奇怪的地方，粒子是怎么知道，人类具有足够的知识，能从光程差反推出来哪个缝的？比如做实验的是一个小学生，他并不知道改变光路b意味着什么，光子还是知道自己被观测了。

光子“默认”人类具有足够的知识能从一些条件推理得出它从哪个缝过去，他就认为出现那些条件的时候自己被观测了，这听起来多么的荒谬。

还有很多别的思考，手机打字不方便，就不展开了。

感觉到这个实验的恐怖所在了吧。