量子世界的双缝干涉实验

杨氏双缝实验是一个非常经典的实验：

光通过S1上的狭缝a衍射，形成一个线光源；光在S2上的狭缝b和c再次衍射，这样形成了两束相干光。从b和c衍射出的相干光在屏F上干涉。由此证明的光的干涉和衍射，验证波动性。

德布罗意提出的物质波概念，玻恩等人将其解释为概率波。无论是什么波，那么也一定会有干涉和衍射现象。（1927，电子衍射实验；1961，电子双缝干涉实验）

1927年的第五届索维尔会议上，爱因斯坦设计了一种独特的理想狭缝来完成实验。

这种“爱因斯坦狭缝”是这样的：当粒子波在衍射时，粒子改变的动量传递给狭缝。假设我们可以测量到狭缝的任意小动量改变，同时狭缝的质量很大，不会改变粒子的波函数。

在爱因斯坦的双缝实验中，减少入射波的强度，使得每次只有一个粒子通过S2。我们可以测量S2上的动量改变，知道粒子是从b还是c通过——表现出粒子的轨迹。狭缝S2处的测量不会影响屏F附近波的干涉。这个理想实验展现了粒子的波动性和粒子性，违反了互补原理。

同时，爱因斯坦利用这种狭缝设计了单缝实验来反驳不确定性原理。（略）

这个问题对于波尔很简单，他回应：狭缝也因视为量子体系的一部分。因为不确定原理，在测量狭缝的动量时，粒子波会受到无法确定的干扰，屏F上的干涉波纹会消失。

狄拉克在他的名著《量子力学原理》中，奠定的量子力学的数学基础。他从数学方面重新诠释了双缝实验。

假如S2上只有狭缝b，那么粒子的波函数就是φ（b），同理只有狭缝c时的波函数为φ（c）。薛定谔方程是线性的，[公式]也是方程的解，这个解就是b和c同时存在是的波函数。屏F上的粒子概率分布为

[公式]

如果我们知道了粒子是从那条狭缝通过（无论什么测试方法），粒子的波函数就确定为φ（b）或者φ（c）。

那么屏F上的粒子概率分布为[公式]，干涉现象消失。

由数学上，φ（b）+φ（c）是单粒子方程的解，也就是不同于经典力学有两束波才能发生干涉，单粒子自身与自己也会发生干涉现象——一次只发射一个粒子，屏F上累计的图样为干涉图样。“电子同时通过两条狭缝，自己与自己干涉”。

量子力学无法确定粒子到底是从哪个狭缝通过的。是不是有点耳熟，没错就是“薛定谔的猫”的翻版。量子世界由观测者决定最终的状态。

PS：数学上，观测行为使[公式]这一项消失了，这一现象被称作“退相干”。

1978年，惠勒提出了该理想实验，并逐步完善。该理想实验将“测量”放在了干涉发生之后，所以该实验被称为“延迟选择”。

以下是该实验的一个简化版本，详细的版本（1999年验证的实验）参见：

A Delayed Choice Quantum Eraser

单个光从黄色星星处入射，浅绿色的为分光镜，光子有50%的概率反射或者透射。

由此光子被分成两条的光路（蓝色和红色）.

在图1中，在光路的尽头分别设置一个屏（B和R）来记录光子的位置信息，我们确切的知道了光子从那条路径通过，B和R的图样应该是相同的，重合后不会有干涉图样。

图2中在光路汇合处增加一个半透半反射镜。这样我们不能得到光子的路径——擦除了光子路径信息。同样重合B和R处的光子位置图样，得到干涉图样。解释为“单光子同时通过了两条光路,光子自身与自身干涉。”

那么问题是：在第一个分光镜时，光子不知道未来是否还有分光镜，它是如何确定是走一条路径还是“同时”走两条路？

所以，量子世界知道你在未来将如何观测它，然后选择了最终的状态。

PS：未完不续，查错补缺。图片来自维基。

本文如未解决您的问题请添加抖音号：51dongshi（抖音搜索懂视），直接咨询即可。