量子世界里著名的“养猫人”，你只知道薛定谔？( 二 ) _生活百科

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约翰·惠勒
“颠倒因果”的实验
1983年，在一篇题为“没有规律的规律”的论文中，惠勒再一次提到了他的“延迟选择实验” ，并从量子力学的角度对实验做了详细的阐述。

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实验的简化装置如图所示
光源S采用激光，并用光纤作为传输媒介。A是一块镀银的半透半反分光片，从光源S发出的光束1经过半透半反片A后，被分成两束光2a和2b ，这两束光分别经过反射镜M1和M2的反射，在没有放入另一块半透半反镀银分光片B时，反射光3a和3b分别被监测器D1和D2所接收。当有光入射时，检测器就会发出响声。如果实验到此，这是一个宏观实验，没有什么值得奇怪的。
为了使实验显示量子状态，令入射光1充分地减弱，减弱到一次只发出一个光子，进入实验装置的是单个光子时，情况该如何呢？
【量子世界里著名的“养猫人”，你只知道薛定谔？】单个光子入射到半透半反分光片A之后，由于单个光子不可再分成两半，它在A上要么反射，要么透射，这将是随机的。如果发生反射，检测器D1将发出“咔”的一声；如果发生了透射，检测器D2就会发声，由此可以知道在哪一条路径上有光子通过，是反射光子到达了，还是透射光子到达了，两个检测器将轮流发声，但决不会同时发声。惠勒认为，检测器D1和D2的轮流发声显示了光子的粒子性。

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光子晶体结构图源：百度百科
惠勒建议在3a和3b的交叉处再装一块半透半反片B ，由B出来的光被分别为4和5两束，其中4是3a的一半反射光与3b的一半透射光相汇合， 5是3a的一半透射光与3b的一半反射光相汇合， 4 和5分别是两束相干光的叠加。如果实验装置调节得当， 4恰好是相干加强时，检测器D2将发出响声，此时5就恰好相干减弱， D1将不响，反之亦然，因此实验结果将是，两个检测器不再轮流发声，而只有一个发声，而另一个不再发声。
当实验使用的是单个光子时，情况又该如何呢？惠勒认为当光子一个个进入实验装置后，仍会像原来那样，只是一个检测器发出响声，而另一个不响。
如果是这样，这就意味着一件不可思议的事，似乎光子在第一个分光片A上，被“分成了两半” ， “一半光子”发生了反射， “另一半光子”发生了透射，以后，一定是每“一半”经历了两条不同的路径，因为如果不是这样，即如果只有透射或只有反射时，在检测器上就不会形成干涉加强或干涉削弱现象，也就不会是一个检测器响，而另一个不响了。但是，光子是不可能被劈成两半的，这只有一种解释，即“光子”在这个实验中表现出了波动性。
解释到这里，惠勒提出了一个问题，放入B和不放入B ，是人在以什么方式进行测量，这个实验证明，光子显示粒子性还是波动性，将取决于我们以什么方式进行观察。这个解释恰恰印证了玻尔反复念叨却不被物理界很多人看好的“互补性原理” 。（互补性原理：原子现象不能用经典力学所要求的完备性来描述。在构成完备的经典描述的某些互相补充的元素，在这里实际上是互相排除的，这些互补的元素对描述原子现象的不同面貌都是需要的。）
仔细思考这个实验，还会发现更诡异的现象。关键点就在于分光片B的使用，光子经过A时，它表现为粒子性还是波动性似乎取决于B是否存在。但是光子透过A或从A反射，是发生在放置B之前的事，这个“前面的事”似乎受到了后来放置B的干扰，也就是说，光子在A处有什么行为时，就已经预知后来在B处要发生的事了。这不仅说明微观粒子“在任何一处的行为”都对实验有着“整体的认识” ，还对“后果”要发生什么有着“预知性” ，这不是咄咄怪事吗？