在量子力学的奇异世界里,“观测”似乎拥有一种魔力:它能迫使处于多种可能性叠加状态的微观粒子,坍缩成一个确定的结果。双缝干涉实验中,一旦我们试图测量电子通过哪条缝隙,干涉条纹便随之消失,这正是观测魔力的体现。
然而,一个更为深刻的问题随之产生:这种由“观测”导致的变化,是绝对且不可逆的吗?如果我们能让宇宙“忘记”这次观测,结果又会如何?
量子擦除实验,正是为了回答这个看似异想天开的问题而诞生的。它向我们揭示,在量子世界中,关键或许并非“观测”这一动作本身,而是信息是否被保留。

让我们先回到那个令人生畏的双缝实验量子版本。
· 当我们不观测电子路径时,它似乎同时通过两条缝,像波一样与自己干涉,在屏幕上形成明暗条纹。
· 一旦我们在缝旁设置探测器,试图“窥视”电子的行踪,干涉条纹便立刻消失,屏幕只留下两片模糊的亮斑。
传统的解释是:观测行为破坏了电子的量子态。但量子擦除实验提供了一个更精确的视角:是“路径信息”的存在,摧毁了干涉现象。 一旦我们拥有了“电子从左缝通过”或“从右缝通过”这类信息,无论是否有人查看,干涉都会消失。

量子擦除实验的精妙之处在于,它并不阻止测量,而是进行一种“温和的”、可逆的测量。
物理学家设计了一个巧妙的装置:在双缝后面,放置一种特殊的晶体。当光子(光的粒子)通过晶体时,会产生一对纠缠光子——一个“信号光子”飞向屏幕,一个“闲置光子”飞向另一个方向。
关键在于: 通过左缝和右缝的信号光子,会产生具有不同量子态(如偏振方向不同)的闲置光子。这意味着,我们无需直接观测信号光子本身,只需在远处测量那个与之纠缠的闲置光子的状态,就能间接地、毫无疑义地推断出信号光子来自哪条路径。
结果如何?正如所料:一旦我们拥有了这种获取路径信息的能力,干涉条纹就消失了。 因为关于路径的信息,已经像标签一样,被“标记”在了闲置光子上,并存在于宇宙之中。

现在,最神奇的环节登场——“量子擦除”。
我们在闲置光子的路径上设置一个特殊的装置(量子擦除器),比如一组偏振片。它的作用是将来自左缝和右缝的、具有不同标记的闲置光子的量子态重新混合,让它们变得无法区分。
经过这个装置后,当我们再探测到闲置光子时,我们已经无法判断它最初是与来自左缝还是右缝的信号光子纠缠的。我们主动地、后验地擦除了“路径信息”。
接下来,我们进行“符合计数”:将信号光子打在屏幕上的位置,与那些被擦除了路径信息的闲置光子被探测到的事件进行关联。
奇迹发生了: 当我们从所有杂乱无章的数据中,单独筛选出这些“其路径信息已被擦除”的信号光子时,它们的分布重新展现出了清晰的干涉条纹!
反之,如果我们筛选出那些路径信息未被擦除的信号光子,它们则只会形成没有干涉的简单亮斑。
核心启示——信息才是关键量子擦除实验的深刻结论在于:
1. 破坏干涉的不是物理扰动,而是信息。 实验中没有引入巨大的能量去撞击粒子,仅仅是获取了路径信息,就足以摧毁干涉。
2. 量子行为可以被恢复。 只要能够彻底地、在原理上擦除这些路径信息,量子系统(在这里表现为干涉能力)就可以从“观测”的打击中恢复过来。
3. “延迟选择”的悖论。 这个擦除操作,甚至可以在信号光子已经击中屏幕之后再进行。这意味着,我们在未来的一个选择(擦除或不擦除信息),似乎影响了粒子过去的行为(是表现为波还是粒子)。这强烈地暗示,在量子层面上,“过去”并非确定不变,它可能由未来的“测量”所塑造。

量子擦除实验以其精妙的设计告诉我们,我们所在的现实,在微观尺度上可能比我们想象的更为“柔性”。它并非一个由既定剧本构成的舞台,而更像一幅由概率、潜能和信息共同编织的织锦。
观测行为并非简单地“揭示”一个预先存在的现实,而是在某种程度上“参与”了现实的塑造。而量子擦除则进一步表明,只要宇宙被允许“忘记”它曾知晓的某个事实,那些被隐藏的量子奇迹,便会悄然重现。
评论列表