延迟选择实验及其引发的实在问题
田松 [①]
（北京师范大学 哲学系，北京，100875）
摘要：惠勒提出的延迟选择实验是量子双缝实验的一个扩展，它给出了一个特殊的结论：我们现在的行为对过去产生了影响。观测与实在紧密地缠绕在一起。这个实验深刻地揭示了微观世界在空间、时间乃至实在本体等方面与宏观世界的不一致性，把哥本哈根学派的思想推倒了极端。经典物理的实在观不能深入到量子层次，量子理论要求一种新的实在观。
关键词：延迟选择实验、实在、时间、物理学哲学、惠勒
中图分类号：No31 文献标识码：A
延迟选择实验是美国理论物理学家惠勒（John. A. Wheeler，1911－）在1979年提出的一个思想实验，它把哥本哈根学派的思想推倒了极端。惠勒本人对此实验极为重视，他说：“没有什么能比尼耳斯·玻尔和阿尔伯特·爱因斯坦长达三十年的对话更能让人看到这个主题的奇妙；也没有什么地方会遇到比所谓的‘延迟选择实验’更深入的问题。” [1] 延迟选择实验是对玻尔—爱因斯坦辩论中曾讨论过的分光实验的推广，而分光实验，又是量子双缝实验的一个变形。在从杨氏双缝实验到延迟选择实验将近200年的历史中，每一步都对当时的实在观产生了巨大的冲击。本文将对此过程进行一个简单的梳理，并对其引发的实在问题进行初步的分析。
1 杨氏双缝实验：光的实在性
光的双缝实验是托马斯·杨（Thomas Young）在1801设计的，初为双孔，后改为双缝。实验非常简单，在光源和接收屏之间放一个上面刻有两个平行狭缝的隔板，结果在接收屏上出现了干涉条纹。按照当时的物理学，这是波的性质。此时牛顿关于光的微粒说已统治物理学一百多年。双缝实验表明光是一种波。但直到19世纪末，经过麦克斯韦的理论工作和赫兹的实验工作，光才被解释为电磁波。
人们对日常事物的认知主要是建立在视觉、听觉和触觉之上的。对于一个引起视觉的石头，人们可以用触觉予以证实，此石头并非幻觉。只作用于视觉的光的实在性要比石头的实在性弱得多。牛顿把光解释为粒子，给它赋予一个实在性更强的本性。在当时的物理学看来，粒子是物质实体，而波只是物质的运动方式，其本身不具有实在性。
杨氏实验将光解释为波，取消了光的实在性。但是，它是哪一种（实在的）物质的运动状态？电磁波的介质曾被命名为以太，但所有对以太的测量均告失败。狭义相对论之后，人们普遍接受电磁波不需要介质这个结论。电磁波作为一种新的物质形态被引入到物理学中。它与粒子一样具有能量和动量，也能传播能量，甚至也有运动轨迹，因而和粒子具有相同强弱的实在性。
（电磁）波已经超越了人的感官，是理性的产物。我们不是通过感官直接感觉到波的实在性的，而是通过对感知材料的分析，推断出波的实在性的。可见光是电磁波与人的感官之间唯一的直接联系。但是，人们并非从感官出发，将感知到的光的属性延伸到电磁波，恰恰相反，是根据物理学理论所推导出来的电磁波的性质来说明光的属性的。

2 光子双缝实验与分光实验
1905年，爱因斯坦用光量子来解释光电效应，复活了光的粒子说。1924年，德布罗意提出波粒二象性。1927年，电子的晶体衍射实验证明电子确实具有波动性。波和粒子这两种物质形态现在成为一个统一的物质实在的两种表象。双缝实验也可以用电子进行。同样，如果我们把光强减弱，使得从光源处发出的光不是一束光波，而是一个个光子，其结果类似于一个个电子的情形。
将实验条件进一步改造，光子将呈现出更为诡秘的性质。
（1）让光子一个个地发出，在前一个光子打在屏上之后，再让后一个光子发出。少量光子将在屏上形成随机分布的图案。随着光子的增多，屏上逐渐显示出与光子流（光波）的情形相同的干涉条纹来。对此，可能的解释是：①将要发出的光子能够与已经打在屏上的光子发生干涉。但是这意味着一个尚未发生的事件能够与已经结束的事件发生作用，违反时间因果律。所以有②，每个光子都和自己干涉。这意味着每个光子自身都同时经过两个狭缝。则必须假设，光子是以波的形态通过狭缝的，故能与自己干涉。在打到屏上之前，又变成一个粒子，随机落到屏上某点。而这个随机点又遵从某种几率分布，使得大量光子呈现出干涉条纹。这种让一个光子同时走两条路的解释在宏观世界是不可能的，惠勒曾用一幅漫画表示光子这种怪异的行为，一个滑雪者经过一棵树，他滑过的轨迹在经过树时一分为二，左脚从树的左边经过，右脚从树的右边经过 [2] 2）仍然让光子逐一发出，但是将双缝中的一个遮挡起来。少量光子仍然随机分布，而大批光子则呈现出单缝的衍射条纹。需要强调的是，两个单缝衍射条纹的简单叠加并不等于双缝的干涉条纹。那么，光子怎么知道前面是单缝还是双缝？一个可能的解释是：①光子具有某种智能，它知道前面是单缝还是双缝。这当然不是一个物理学的解释。于是有②，每个光子都以波的状态通过缝隙，不论是单缝还是双缝。如果是双缝，就和自己干涉，如果是单缝，就自己衍射。但是这个解释仍然没有解释：光子怎么知道前面是单缝还是双缝。
爱因斯坦借用麦克尔逊—莫雷的光行差实验装置，把双缝实验变成了分光实验，二者的物理意义是相同的。实验装置见图1 [3] 。图1由三个部分组成，标记为a，b，c。
图1a，光子从光源发出，遇到一个镀银的半透镜，如果按经典理论，则光波分成两半，各占50%。如果按量子力学分析，则光子反射和透射的几率各占一半，整个系统的波函数是两者的叠加。分成两半的光波或几率各半的光子经A、B两个反射镜反射，在C处汇聚。在此，有两种方案。
其一：如图1b，在C处放置两个探测器。如上面的响，表明光子来自B，如下面的响，表明光子来自A。探测器每响一次，完成一次测量。按照经典理论，我们相信这个光子在测量之前就已经存在，光子或反射，经A到达C；或透射，经B到达C。在某一个确定的时刻，光子必然处于某一条轨道的某一个位置上。但是我们不知道它究竟在哪个轨道上。需要通过测量进行反推。
其二：如图1c，在两探测器之前放置另一个半透镜，来自A／B的光子再次一半透射，一半反射，在此干涉。调整光程差，可以使达到上面探测器的干涉光相消，此探测器将不会接收到任何光子信号；则到达下面探测器的干涉光必然相加，只要光源发出光子，必被此探测器接收。每次测量都表明，光子是同时经过两条路线到达C的。
在此，放还是不放第二块半透镜，相当于在双缝实验中打开还是遮挡另一个狭缝，但更加简明。
爱因斯坦认为，一个光子不可能既能只走一条路线，又能同时走两条路线。这表明量子论是自相矛盾的。玻尔用其互补原理进行解释，认为两者并不矛盾，因为这是两个不同的实验，而关键的是不可能同时做两个实验。
于是，我们的测量方式对被测量的事件产生了不可挽回的影响。

附：【百度百科】观察者效应（Observer Effect）所谓的“观察者效应”，指的是被观察的现象会因为观察行为而受到一定程度或者很大程度的影响。说得广泛一点，我们几乎没办法不影响我们观察的事物——只不过是程度高低不同而已。（需要注意的是，“观察者效应”和“海森堡不确定性原理”（Heisenberg Uncertainty Principle）并不是一回事儿，尽管你会常常遇到人们对这两个概念误解误用。简要地说，前者重点在“观察”，后者重点在“测量”。）有的时候，观察者的存在会产生非常令人震惊的效果。Leland Ossian Howard曾于1886年在Science上发表自己观察到的“螳螂吃夫”现象：“把它们放在罐子里的时候，交配后的雄螳螂会尝试着逃跑。可是几分钟之内，它就会被雌螳螂捉住。雌螳螂会先扯下雄螳螂的头吃掉，然后是胫节，而后是大腿……看起来，如果一个雄螳螂最终竟然能从此螳螂那里逃脱的话，几乎是天赐的好运。”可是，后来的广泛调查发现，这个流传了近百年的“令人震惊”的“事实”，是“观察者效应”造成的。在自然界中，交配之后螳螂吃夫的现象几乎不存在。而雌螳螂把雄螳螂吃掉的原因更可能是观察者在场而引起雌螳螂紧张，误以为雄螳螂是敌人才造成的。（Michele Doughty, Serendip, 2002）去年九月份，纽约时报也刊载过相关的文章，还专门做了一个幻灯片演示 （Slide Show）。在 物理学实验中，为了能够让我们看到“电子”，我们必须想办法让“光子”与其相互作用，而这个动作必然使电子的活动路径产生变化。在课堂上，学生（观察者） 的反应会直接影响教师（被观察者）的情绪和行为。父母教育孩子的时候，会痛苦地发现孩子最终和他们看到的并不一样——因为孩子在处于父母监督下的时候往往 会因此改变自己的行为。当然，更多的时候，我们作为观察者可能产生的影响根本微不足道，甚至可以忽略。但是，这个效应的存在，是我们必须了解的，尤其是在观察我们身边的人或者事物的时候。因为，我们往往只能通过观察了解这个世界，而我们的观察结果，以及对观察结果的理解，决定我们的行为、状态、以及下一步思考。在量子力学中，“观察者效应”是说：“一个量子力学系统在某个特定状态被观察得越频繁，该系统就越可能保持原来状态。”

.. 阿弥陀佛 ..

.. 扎西德勒 ..

谁能告诉我这是唯物主义还是唯心主义

顶一个，再看

所以某种程度上古代所流传的神话未必不是我们所以为的真实

极限微操,掏出手机捉对厮杀;500v500公会领地热血激战;更有6S、百万豪礼任性送!百度推广。