量子力学告诉你，我们能够编辑过去……吗？ _蓝皮书

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量子力学中有许多奇怪的东西，但也许最奇怪的是，它似乎允许我们对过去进行编辑。今天我们就来聊聊这个看似违反直觉的现象。为了理解这如何能够实现，我们需要从双缝实验开始。
双缝实验
1801年物理学家托马斯·杨(Thomas Young)首次进行了双缝实验，这一实验似乎提供了一个明确的证据：光的行为就像波一样。然而，双缝实验的重要性远远超出了这一证明，正如理查德·费曼(Richard Feynman)在1966年所说:
“事实上，它包含着唯一的神秘……在告诉你它是如何工作的同时，我们已经告诉了你所有量子力学的基本特性。 ”
在托马斯·杨的实验中，实验装置由一个带有两个垂直狭缝的挡板和一个屏幕组成，如图1所示。从其中一个狭缝出射的光与从另一个狭缝出射的光相互干涉，从而在屏幕上产生干涉图样。这似乎确凿地证明了光是由波组成的。

图1:双缝实验。波从光源(顶部)传播到单条狭缝。半圆形波从狭缝中发出，直到抵达包含两条狭缝的挡板。从这些狭缝中发出的两种半圆形波相互干涉，沿径向线产生波峰和波谷，在屏幕(底部)上形成干涉图样。
然而，通过现代设备，我们也可以看到干涉图样由单个点组成，每个点对应一个光粒子，称为光子。实际上这就是著名的波粒二象性。
值得注意的是，即使光线变得很暗，以至于一次只有一个光子到达屏幕，随着时间的推移，屏幕上也会形成同样类型的干涉图样，如图2所示。尽管在如此低的光子速率下，干涉图案的出现可能需要数周的时间。不过，干涉图样出现的事实表明，即使是单个光子也会表现像波一样的行为。反过来，这似乎意味着每个光子同时通过两个狭缝，这显然是“无稽之谈” 。

图2:双缝实验中出现的干涉图样(a到d) ，每个点代表一个光子。
这就产生了一个问题:光子真的只通过了一条狭缝吗？如果是的话，是哪一条狭缝？
光子通过了一条还是两条狭缝？
在回答这个问题之前，让我们思考如果没有干涉我们会看到什么。想象一下，我们关上一条狭缝，打开另一条狭缝，这样从那条狭缝里出来的光子就可以在屏幕上形成一个图案。接下来，只打开另一条狭缝，来自那条狭缝的光子将会在屏幕上添加它们构成的图案。基于这种方法，感光屏幕捕捉到的图像是来自每个狭缝的光子的总和，并保证来自两个狭缝的光子不会相互干涉。结果得到图3所示的衍射包络线。

图3:测量狭缝位置(同一狭缝)会得到一个扩展的衍射包络线。这里，曲线的高度表示光强。
现在，为了回答光子是通过一条狭缝还是两条狭缝的问题，我们可以在每个狭缝处放置一个光电探测器来找出每个光子通过的是哪条狭缝。
但是，我们将考虑一个不同的设置，原因将在后面说明。想象一下，将屏幕替换为一排长管，每个管只指向一个狭缝，如图4所示。每根管的末端都有一个光电探测器，这样它探测到的任何光子都可能只来自一个狭缝。注意，在每个屏幕位置应该有一对探测器，每对探测器中的的任意一个都指向一个不同的狭缝。因此，不管一个光子落在屏幕上的什么地方，它出发的狭缝都会被测量到。

图4:展示波粒二象性的假想实验。
如果我们使用这个假想的装置，我们会发现干涉图样被上面描述的衍射包络线所取代，如图3所示。因此，使用探测器来测量每个光子通过哪个狭缝阻止了类似波行为，就像每个光子作为单个粒子在完全隔离的情况下传播一样。如果两个缝隙都打开(并且不使用光电探测器) ，那么原始的干涉模式就会恢复，就好像单个光子的行为就像波一样(见图5) 。这种波粒二象性似乎表明，实验的测量方式对其结果有着神秘的影响。

量子力学告诉你，我们能够编辑过去……吗？

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