同样活在量子世界里，它的知名度为什么不如薛定谔的猫？

发布时间：2023-05-20 10:56:32 所属栏目：外闻来源：

导读：每当提起神州量子，常常不可避免的使人充满了困惑，似乎在微观量子世界中，一切皆可以发生，颠覆了我们很多日常经验。

比如，一个微观粒子可以具有“分身术”，在同一个时间里，它可以在很多不同的地方

每当提起神州量子，常常不可避免的使人充满了困惑，似乎在微观量子世界中，一切皆可以发生，颠覆了我们很多日常经验。

比如，一个微观粒子可以具有“分身术”，在同一个时间里，它可以在很多不同的地方现身，又可以在同一时间“坍缩”到一个点上；微观粒子还有“遁空术”，电子能在瞬间“隔空跳跃”；量子事件还可以没有因果关系，我们认为一个后来的“结果事件”应该受到“原因事件”的影响，而在量子世界中，因果关系被倒置了，事情的后果可能影响到产生后果的原因。

著名的丹麦物理学家、量子力学的创始人之一尼尔斯·玻尔曾说：“如果量子力学还没有深刻地震撼你，那你就还没有弄懂它。”

1978年1月28日，著名的美国物理学家约翰·惠勒（J. A. Wheeler）所撰写的《量子理论基础》面世，在书里，惠勒提出了一个著名的假想实验——“延迟选择实验”，实验结果之诡谲令人称奇，人们把它与“薛定谔的猫”并称，叫它“惠勒猫”。

像薛定谔猫假想实验一样，“惠勒猫”实验涉及的是微观粒子的量子性质，似乎其中每一步都没有问题，但它一步步地引出了令人意想不到的结果，把人们在日常生活里所建立的因果关系完全颠倒了过来。

到了第二年，即1979年的3月14日，纪念爱因斯坦百年诞辰的研讨会上，惠勒当众把这个实验再度提了出来，并补充了更为具体的方案，这就是著名的惠勒“延迟选择实验”（delayed choice experiments）。

惠勒认为，通过这个实验，可以证实在量子水平上，现在做的事情会对以前发生的事产生影响，就是某事发生的后果可以对生前发生的原因造成影响，也就是“后果”影响到“前因”。

1911年，惠勒出生于美国佛罗里达州，1933年毕业于约翰霍普金斯大学，取得了博士学位后，来到哥本哈根大学师从玻尔。

1938年至1976年，惠勒在普林斯顿大学担任物理学教授。在这里，他与爱因斯坦结识，并再度与玻尔合作研究核物理。惠勒在物理学多个领域中都有着重要的贡献，但他的名气却远不如曾与他合作的玻尔，也不如同事爱因斯坦，甚至还不如他的学生费曼。在宇宙学家霍金成名之后，世人被“黑洞”所吸引，却很少有人知道，最早提出“黑洞”概念与黑洞理论的是惠勒。

惠勒在引力论、相对论和宇宙学方面都有着深度的研究。1967年，在纽约的一次会议中，惠勒首先提出黑洞概念，他认为这是巨大星体死亡时所形成的一个特殊的时空奇点，由于高质量密度与强引力，使这一时空点具有非常奇异的性质。在以后的研究中，他又陆续提出“虫洞”“真子”（geons）和“量子泡沫”等概念，它们都成为宇宙学研究中的经典概念。

在晚年，惠勒更是爱因斯坦重要伙伴。经惠勒之手，培养出了包括著名物理学家费曼在内的几代美国物理学家。他先后指导过50多位博士生，他们绝大多数成为美国，甚至世界各个前沿学科领域的开拓者和著名专家，可以毫不夸张地说，在美国宇宙和天体物理领域中，从事一线研究的相当一部分专家都是他的学生。

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。

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。

阿兰·阿斯佩

阿斯佩是一位法国实验物理学家，他成功地完成了惠勒实验检验。实验结果证明了惠勒的预言，即“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”，这个结论正是玻尔早年提出的。

1927年9月16日在意大利举行的物理研讨会上，玻尔以“互补性原理”为主题，做了长篇讲话，并利用这一原理对量子世界中所出现的几种诡异现象做出了解释。

那次的讲话效果并不好，老物理学家没听懂，青年一代又嫌他讲话太晦涩。量子力学刚刚问世，对于这一理论听众并没有准备好，从心里就没有接受它们，这才是玻尔的“互补性原理”没有被大多数人所接受的原因。

惠勒的“延迟选择实验”以及阿斯佩的实验验证恰好给“互补性原理”做出了很好的诠释。惠勒与阿斯佩的“延迟选择实验”都具有开创性，成为迄今为止对量子力学基础作出最有决定性意义的实验检验之一。接着阿斯佩又成功地完成了对贝尔理论的实验检验。阿斯佩研究组近年来多次取得了量子水平上的核磁共振实验以及其他检验核磁共振成像的成果，毫无疑问成为这一核磁共振成像领域中的佼佼者。

“思考的空间”和“发问的自由”

该如何认识电子、光子和其他微观粒子的这些奇异的量子行为呢？

它们有时呈现粒子性、有时呈现波动性的这一事实，常令人们问起它们究竟是什么。玻尔在他的“互补性原理”中，除了强调“取决于我们采取什么方式去观察它们”以外，他还说：“以人们寻常的眼光和传统的思维模式来询问一个光子或电子究竟是什么，这个问题本身就是没有意义的。”或者说，“这个问题是不可能得到解答的”。

一个好的科学理论或原理，只能指出一组规则，告诉你在这个世界上的某些部分，哪些可以发生，哪些不可能发生，而所做出的这些预测又是反复经过观察检验的。但是，任何科学都不可能告诉你“这个世界是什么”。对于这个世界，尤其是我们缺乏日常经验的微观世界，我们只能说，“我们究竟能说些什么和不能说什么”。

深究其原因，量子现象将涉及一个更为根本的哲学层面的问题，这就是到底什么是物理的“真实”或者物理的“实在”。

（编辑：汽车网）

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