lilywanda
後知後覺
量子一詞來自拉丁語quantum，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的個體。例如，“光的量子”是光的單位。量子，是指原子級別（包括電子，原子，光子等）的微粒子。所以“量子”代表的是物理學裏的微觀世界。
愛因斯坦和波多爾斯基還有羅森(EPR)三人，在1935年發表了發表了一篇質疑量子力學完備性的論文。在這篇文章裏，他們提出了定域實在論(Locality and Realism)假設。“定域性”的意思是說，物體的屬性隻能受相鄰區域發生的事件影響，遙遠區域的事件不能以超光速影響本地物體，反之亦然。“實在論”的意思是說實驗觀測到的屬性現象是來自某種物理實在，而與觀測無關。這就是說，物質的特性是獨立於觀察者和觀察方式的。愛因斯坦他們認為，道理是很明白的，即使你沒看月亮，它也是掛在天上的。對於我們所看到和認知的宏觀世界來說，這篇EPR論文闡述的似乎是真理。但對於量子世界，卻是“悖論”。
首先，我們從觀察微觀粒子的波粒二象性實驗來說明觀測行為本身可以對觀測對象的屬性產生影響，即否定EPR的 “實在論”。
波粒二象性（wave-particle duality）的量子行為是微觀粒子的基本屬性之一。
以光來說明：
光的波動性：就像水的波紋一樣，兩個波峰相遇成為更高的峰，波穀相遇則成為平麵。這是波的幹涉現象。
下圖是托馬斯.楊的雙縫實驗，說明光的波動性。讓光亮穿過一個狹窄的豎縫，變成一束窄的光線，然後再讓這束光穿過兩個狹縫，這時，在探測屏幕上就會顯出有一組明暗交替的條紋。。當兩束光的波峰相遇，得到的就是更亮的光，波穀相遇，致使更深更暗。這就如同水中波紋的道理，波的幹涉或衍射效應。
現在已經有先進的物理儀器可將一束電子分成單個的電子然後讓它穿過雙縫，結果在探測屏上會顯現上圖一樣明暗交替的圖案。這真讓人費解，單獨電子似乎可以同時刻通過兩條狹縫，並且自己與自己幹涉。我們從未看到離散的物體會發生這樣的物理行為，人們從未親眼目睹老虎在同時刻穿越過兩個並排的火圈。可是不論是電子，中子或任何其他量子尺寸的微觀粒子甚至到更複雜的分子，都會產生類似現象。
但更讓人費解的是：如果對一個電子進行跟蹤觀察，這個電子就（乖乖地）從一個狹縫中穿過，呈粒子投射在探測屏上，而不顯現波的幹涉性。如果你對每個單個的電子都進行觀測，則會在探測屏上看到的是跟雙縫對應的兩條豎線。如下圖所示。好像這些粒子有意跟人類捉迷藏，不讓人了解它是怎樣同時穿過雙縫進行幹涉的。難道是意識影響觀測結果（物質）？
按照經典的量子理論解釋，觀測導致了波函數的坍塌，這時候電子是以實體粒子的方式運動，因此每次隻能通過一條縫隙。如果安裝了探測通過路徑儀器，但是卻讓儀器處於關閉的狀態，那電子依然會以波的形式，產生幹涉。
其次，發表於1964年，愛爾蘭物理學家約翰貝爾的貝爾定理（Bell's theorem）表明
“任何關於定域隱變數的物理理論無法複製量子力學的每一個預測”
貝爾定理是一種不可行定理， 又名貝爾不等式。這定理在物理學和科學哲學裏異常重要， 因為這定理意味著量子物理必需違背EPR的定域性原理。
貝爾定理的實驗驗證所得到的結果，符合量子力學理論的預測，並且顯示某些量子效應似乎能夠以超光速行進。由於這驗證結果，所有歸類為隱變數理論、經得起考驗的量子理論都隻能限製為非定域種類。但是，至2014年， 所有完成的貝爾定理的實驗驗證，沒有一個實驗能夠完全滿足貝爾定理所有內含的要求，也就是說存在各種“漏洞”- “偵測漏洞”、“通訊漏洞”等等。不過物理學家相信，完美的貝爾定理實驗可以在5年內出現。雖然完美的實驗尚未出現，但主流量子力學教科書已將貝爾定理視為基礎物理定理。但是，沒有任何物理定理能夠毫無疑問的被接受；仍有些物理學者反駁，貝爾定理隱藏的假定或實驗漏洞否定了理論的正確性。
貝爾定理對於我們這些缺少專業知識的人來說，真是雲山霧罩般難以理解。
但是以下陳述的“延遲量子路徑選擇“的實驗，可以幫助我們理解貝爾定理的部分含義。這個實驗是前邊提到的雙縫實驗的“升級版”。
1979年，在普林斯頓紀念愛因斯坦誕辰100周年的專題討論會上，惠勒正式提出了延遲選擇的思想。惠勒說，電子好像未卜先知，從剛一離開發射器的時候，就事先知道前麵有探測它行進路徑的儀器，所以就從波形態轉變成粒子形態。既然如此，要是我們經過巧妙設計將觀測儀器放到雙縫的後麵的位置，然後等電子離開雙縫一段時間之後，再決定是否打開儀器，來記錄電子的路徑。這樣電子之前是以粒子狀態通過了一條小縫，還是以波的形態通過雙縫，完全取決之後我們如何選擇——開或關閉記錄儀器。
雖然聽上去古怪，但這卻是哥本哈根派的一個正統推論！惠勒後來引玻爾的話說，“任何一種基本量子現象隻在其被記錄之後才是一種現象”，我們是在光子上路之前還是途中來做出決定，這在量子實驗中是沒有區別的。曆史不是確定和實在的——除非它已經被記錄下來。
惠勒是愛因斯坦的同事、理查德·費曼的導師、最有名的物理思想家之一(提出萬物皆是信息的思想)、最早使用黑洞這一名詞稱呼“黑洞”的物理學家。
在惠勒提出構想5年後，馬裏蘭大學的Carroll O Alley和其同事當真做了一個延遲實驗，其結果證明，我們何時選擇光子的“模式”，這對於實驗結果是無影響的；與此同時慕尼黑大學的一個小組也作出了類似的結果。在這個最新版本中，研究人員使用意大利航天局的馬泰拉激光測距天文台(MLRO)的裝置分割了一束激光脈衝，因此光子可以更複雜的繞遠的方式前進。激光通過的距離：從地麵到外層衛星，再反射會地麵。該實驗就像最開始說的，再一次驗證了事後的選擇，決定了光子之前的行為。
這種 “逆因果關係”真是顛覆人類的世界觀！
最後，引用本城"越吃越蒙山人" 文章裏介紹的一個實驗: 1999年，韓國人Kim Yoon-Ho設計的一項旨在觀測光子通過雙縫後物理屬性的實驗， 被稱作“延遲量子路徑選擇刪除”的實驗，涉及到“量子糾纏”，設計思路有點複雜。
前麵已經講到，當一個光子被投射到一個刻有兩條細縫到麵板時，它有兩個選擇：如果這麵板後沒有儀器觀測光子通過的路徑的話，它就以波的形式同時從兩條細縫中湧出，並能產生幹涉現象；反之，如果有儀器在觀測，它就以粒子方式通過A或B縫，不產生幹涉。現在，金博士的想法是，我依然要啟動觀測儀器，但我要”欺騙”一下光子，讓它不知道儀器記錄並保留了哪個光子的路徑。確切地說是延遲觀測（兩個相關聯的）糾纏粒子的其中一個，看沒有被觀測的另一個粒子呈現何種形式 存在– 是波還是粒？
實驗是這樣的：在雙縫的後麵加一個自發參量下轉換的BBO晶體，它可以把一個通過的光子轉換成低了一半頻率而相互糾纏的兩個光子。然後，這兩個光子的路徑由Glen－Thompson棱鏡分成上下兩支。上麵的一支不管是來自A縫(紅線)還是B縫（藍線），我們叫做“信號”光子，走向觀測器D0。另一支是走向下方的叫“閑散”光子，通過一PS棱鏡後，來自A縫的和來自B縫的光子又經過光線分離片（BSa, b, c, 它的作用是可能讓光子透過或者反射）和鏡片（Ma, b）反射分別走到四個光測器的位置，D1、D2、D3和D4。
從圖中的顏色線路走向，我們注意以下幾個要點：
－ 被D1和D2測到的光子，分不清是來自A還是B縫。
－ 被D3測到的光子肯定是來自B，被D4測到的光子肯定是來自A。
另外，從縫隙板到D1D2D3D4的光路長度比到D0的要長2.5米，這意味著在下方任一檢測器上得到的閑散光子信息，都要比它的糾纏伴侶記錄在D0上的晚8納秒（十億分之八秒）。
在這種設計環境下，D3和D4檢測提供了延遲的“閑散光子所走的具體縫隙”路徑信息，表明與之相糾纏的“信號”光子也是通過的同樣的A或B路徑。而D1和D2的檢測記錄所提供的信息表明不了自己來自哪條縫隙，所以也表明不了它的糾纏伴侶光子是從哪條縫過來的。到此時，光子從哪條縫過來的這種早先潛留下來的信息，通過幾組偏分鏡和反射鏡之後，到達D1和D2後就分不清了，就變成延時消除了。到了屆時合計裝置（coincidence Counter）那裏，實驗者可以看到：
－ 當閑散光子在D1或D2上被檢測到時，信號光子的圖形是幹涉波紋。
－ 當閑散光子在D3或D4上被檢測到時，信號光子的圖形就是簡單的混塊狀，沒有幹涉。
這個實驗再次證明了，當有測試去觀察光子走哪條縫時，就不會有幹涉；無觀測時幹涉出現。更重要的，讓人吃驚的是，這個實驗有別於經典的雙縫實驗之處：對於是否保留或消除閑散光子走哪條縫的信息，這一決定是在D0點信號光子狀態被觀測了8納秒以後做出的。D0的觀察沒有直接產生光子是從哪條縫隙過來的信息，D3和D4的觀測是提供了那條路徑的信息，意思是這時沒有幹涉圖紋能在D0中看到。同理，D1和D2沒有提供路徑信息，意味著這時D0上的圖形是幹涉波紋。換句話說，即便是在一個信號光子由於路途較短，早就到了D0，它在這裏的幹涉條紋出不出現，反而是取決於自己的糾纏對象——閑散光子在保留有路徑信息的D3或D4上發現還是在沒有保留路徑信息的D1或D2上發現。更進一步，這就可以解釋為，一個延後的對閑散光子路徑的察看或不察看，可以改變以前的一個事件的結果。這就產生了一個時間和時間順序的疑問，一個逆因果順序的現象：如果D1D2D3D4的察看結果影響D0的圖像，結果就跑到原因的前麵去了。再設想一下，如果是光路足夠長，延遲的時間就不僅僅是8納秒那麽無法察覺的瞬間了，在那樣的情形下，一個時間間隔足夠長的反因果事件會給人類的思維帶來什麽樣的啟示或迷惑呢？
當然，對這個實驗的結果，對於糾纏的量子之間，這種看上去不以時間空間為約束的訊息傳遞背後的原因，專家可能會有更符合量子力學自身特性的解釋, 未必所有結論的指向都是逆因果的時間回溯。即便如此，我們也不妨放縱一下狂野的思緒，在微觀世界，會不會真的有與我們現實時間對稱的負時間維度呢？畢竟，費曼在幾十年前就想象過，一個電子可能在時間的坐標軸上向回行走。
