延遲選擇實驗:當前測量行為與量子過去組態的關聯性

编辑者: Irena I

當前物理學的前沿領域,圍繞著複雜的量子力學實驗,特別是「延遲選擇實驗」,持續挑戰著我們對時間與因果關係的古典認知。這類實驗的核心發現指出,在當下所做的測量決策,能夠影響量子系統過去的自我組態,此一實驗範疇自二十世紀八〇年代以來便不斷發展,並在光學與超快開關系統的實驗室中持續精進,直至2025年仍有新的進展。

理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler)在二十世紀七〇年代提出了延遲選擇的思維實驗,用以闡述量子理論的根本觀點,即「將光子從進入點到其最後一刻飛行期間的實體性歸因於它是錯誤的」。這些實驗的基礎是著名的雙狹縫實驗,其中對光子路徑的觀察會導致其波函數塌縮,轉變為粒子行為,而缺乏觀察時則表現為波的干涉現象。在延遲選擇的變體中,決定是否觀察的動作被推遲到光子通過狹縫之後才進行,但關鍵數據顯示,干涉圖案的出現或消失,完全如同該選擇在光子通過前就已預先決定一般。

這種結果暗示了當前的測量行為,實質上是在「選擇」描述過去的量子疊加態,這與古典物理學中測量僅是揭示預先存在狀態的觀點形成鮮明對比。歷史上,此類概念的發展可追溯至托馬斯·楊(Thomas Young)於1801年對光的原始雙狹縫實驗,以及惠勒在1978年和1984年提出的延遲選擇思維實驗的正式化。持續進行的實驗,例如涉及星際尺度的宇宙干涉儀版本,旨在探討光子在飛行途中是否「感知」了實驗裝置,並據此調整其行為,儘管光子可能在數十億年前就已發射。

儘管這些結果看似允許當前測量改變過去事件,但標準的量子力學解釋傾向於將光子視為處於「疊加態」,即在飛行期間既非波也非粒子,從而避免了因果悖論。一些理論,如由休·普萊斯(Huw Price)等人探討的「逆因果關係」(retrocausality),認為如果時間不被單向限制,測量行為可能確實會回溯影響過去的屬性,這也為理解愛因斯坦所稱的「鬼魅般的超距作用」提供了另一種視角。然而,許多物理學家對此仍持謹慎態度,認為其可能僅是量子關聯和後選擇的微妙體現,而非訊息的真正回傳。

在當前2025年,量子力學作為最精確的物理理論,持續支撐著現代科技的發展,而這些邊界性研究的推進,也間接增強了人們對量子計算等前沿技術可行性的信心,因為這些實驗的結果間接證實了某些隱藏變數理論的局限性。總體而言,這些實驗的持續驗證,凸顯了量子現實的本質在於,直到被觀察為止,其狀態才被確定,這要求我們對測量、觀察以及結果的組織方式進行更為細緻的審視。

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來源

  • Tom's Hardware

  • Wikipedia

  • The Delayed-choice quantum eraser experiment does not rewrite the past

  • Sciety Labs (Experimental)

  • The Australian National University (ANU)

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