爱丽丝会以相应的模式撞击屏幕,告诉我们24小时后科学家将以怎样的顺序设置鲍勃探测器。这样我们就可以成功地发送溯时信号。
遗憾的是,这又是一个圈套。通过观察单个的爱丽丝粒子,我们不能判断她穿过的是一条狭缝还是两条狭缝。每个粒子都撞在屏幕上随机的位置,这既可以是经典粒子的行为,也可以是量子粒子的行为。只有观察成千上万个爱丽丝/鲍勃粒子对,并比较他们的百分比,我们才能观察涉及条纹的量子效应。
这意味着我们只能在实验结束后观察到时间旅行效应,而不能在实验过程中观察。爱丽丝每次做出选择的时候,我们必须擦除对她的了解,否则就看不到量子效应。这个实验因此得名:延迟选择量子擦除实验。
无论这种现象是什么,它都只是发生在盒……母鸡体内的隐喻。只有当它先发生了,我们才能看到。说实话,量子力学是一场轻浮的挑逗。
这世界本不该有意义
在哥本哈根诠释中,科学家认为,在小于“海森堡边界”的地方,量子效应占主导地位,而大于“海森堡边界”的地方由经典物理接管。任何小于海森堡边界的东西都遵循薛定谔方程,而大于海森堡边界的东西则服从牛顿定律。这是一种物理学的表述,意思是“我们不知道将发生什么”。
问题在于,由于纠缠,海森堡边界不可能真的存在。如果你开始把量子力学应用到单个粒子上,就能很轻松地把它应用在两个、三个、四个或任意多个粒子上。量子纠缠可以将任意数量的粒子连接在一起,因此可以描述整个人类、所有种群和全部行星的薛定谔波函数。
长期以来我们本该看到了量子的疯狂,但显然我们没有。这是我们之前遇到的五大问题之一,也是近年来我们取得不错进展的问题之一。
想象测量一对纠缠粒子的自旋,比如说其中一个是上旋,它的纠缠伙伴会立即变成下旋,两者不再相互联系。它们不再由相同的波函数控制,所以纠缠态被打破了,我们可以把它们描述成独立本征态。
现在想一下测量行为本身。我们在测量一个粒子时,所发生的事情是该粒子与探测器中的一个粒子发生纠缠,同时切断了与之前相互纠缠的粒子的联系。
测量纠缠对中的一个粒子就是用一组纠缠替换另一组纠缠,这意味着测量某物就相当于与某物纠缠,即使我们测量的是单个粒子。
如果在测量之前单个粒子处于上/下旋叠加态,这相当于它与自身纠缠。它有两个可能的结果,这两个结果是通过相同的波函数联系起来的。当我们测量的时候,这种自我纠缠被打破了。
薛定谔的猫活着/死了
抛硬币的时候,我们认为有两种结果:正面或反面。但严格来说,还有第三种可能:硬币可能竖着,即在旋转时突然停下来。
现在想象当硬币旋转的时候,慢慢地用手指接近它。在你摸到它的那一刻,硬币会坍缩到一侧或另一侧,结束危险的舞蹈。硬币的两面代表有两种可能状态的粒子,旋转代表一种叠加态,我们的手指相当于测量仪器,它使波函数坍缩。
到目前为止,哥本哈根诠释就是这样的。但这个类比是有缺陷的。触摸硬币的手指并不是不同类型的物体,而是一种由粒子组成的探测器,遵循与硬币相同的量子定律。因此,我们不应该用手指,而应该把探测器想象成另外一枚硬币在桌面上旋转,同时靠近我们感兴趣的那枚硬币。探测器和粒子处在一种叠加态中,相遇的时候,它们撞在一起,坍缩成一种本征态。
如果让旋转的速度恰到好处,理论上来说这些硬币会与它的旋转舞伴(一个纠缠对)紧密配合,并保持叠加态。对真正的硬币来说,这种情况不会经常发生;但对于粒子而言,这不过是家常便饭—只要波函数达成一致。
想象一下让100枚硬币一起旋转,形成一个巨大的纠缠,这是非常困难的事情。即使你做到了,这种布置也是非常不稳定的。其中的一枚淘气硬币或者外来的一枚硬币都会使一切坍缩。因此,相互作用的粒子越多,就越难形成叠加态。