JOVANA
Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
All guides

一旦觀看,魔法就被抹去

僅僅得知粒子走了哪道縫,就足以摧毀干涉——以及這意味著什麼。

那個顯而易見的問題——和它驚人的答案

面對雙縫,每個人都會問同一個合情合理的問題:好吧,圖樣看上去是波動的,但每個電子肯定真的走了其中一道縫——那為什麼不直接看一眼、弄個明白呢?在縫處放一個微小的探測器,記下每個電子從哪道縫經過,把事情定下來。這是世上最自然不過、人人都想做的實驗。而它的結果,是物理學中最令人不安的事實之一。

就在你的探測器能夠分辨每個電子走了哪道縫的那一刻——就在你擁有物理學家所說的路徑資訊的那一刻——干涉圖樣消失了。條帶溶解,那些點堆成兩團平平無奇的小堆,跟普通小球一模一樣。把探測器關掉,條帶又回來了。電子彷彿知道自己是否正被觀看,並據此改變了行為。經典物理學沒有任何東西能讓你對此有所準備。

為什麼罪魁是資訊

要看清原因,回想一下干涉圖樣需要什麼。它來自一道同時穿過兩道縫的波——一種把兩種處境混合在一起的狀態,我們稱之為疊加。那些條帶,正是「電子沒有確定路徑」的可見證據;直到它落地之前,它都真真切切地是「兩者皆是」。從某種意義上說,那圖樣就是宇宙在承認:它還沒有決定走哪道縫。

現在你要索取路徑資訊。為了記錄電子走了哪道縫,探測器必須與它產生關聯——電子的路徑被「蓋章」印在了世界中的某個東西上。可路徑一旦在任何地方被記錄下來,電子就不再處於混合的「兩者皆是」狀態;它有了一道確定的縫。而一旦路徑確定,干涉所需的那兩道相互疊加的波就不再同時存在。沒有疊加,就沒有重疊,就沒有條帶。你並沒有粗暴地擾動電子——你是逼著它對某一段歷史作出了承諾,而一個已作承諾的電子,就是一個平平無奇的粒子。

一樁你無法作弊的權衡

把這兩個版本的實驗放在一起讀,就顯出一條鐵律。你可以擁有清晰的干涉圖樣(完整的波動行為,但完全不知走了哪道縫),或者你可以擁有路徑知識(完整的粒子行為,但沒有圖樣)——卻絕不能同時、且同時滿格地擁有兩者。你把路徑鎖定得越精確,條帶就越被沖淡;放鬆對路徑的追問,條帶又會重新變得清晰。兩者之間有一個平滑的旋鈕,但它的兩端互相排斥。知道路徑與看見圖樣,是從同一個有限帳戶裡支出的兩筆錢。

物理學家用盡各種巧妙的方案想騙過這條規則——而其中最巧妙的一個,確實讓人腦筋打結。在量子擦除器裡,你先記錄下路徑資訊,然後在讀取它之前,小心地把它銷毀,讓任何人都再也無法找回電子用了哪道縫。驚人的結果是:把資訊擦掉,干涉圖樣就回來了。真正決定波動本性是否顯現的,確實是「這份知識是否可得」,而不是對電子的任何物理推搡。資訊的帳目,正端坐在這個結果的核心。

它意味著什麼,又不意味著什麼

人很容易一躍跳到詭異的結論上去——比如認為有意識的心靈正在伸手改變現實,或者電子會「通靈」。這兩種都要克制。這裡的「觀察」並不需要人、不需要心靈,甚至不需要任何活物;它指的是任何把路徑記錄進更廣闊世界的物理過程。一個自動把縫的資訊寫進硬碟的探測器,即便從來沒人去讀它,也照樣完成了這件事。真正的教益更平靜、也更奇怪:在量子世界裡,獲取一個系統的資訊,會真真切切地改變哪些可能性還能保持混合在一起。

請留意這個實驗悄悄確立的一點:你無法看著波以波的方式行事。當場抓住它做粒子(走哪道縫?)這一舉動本身,就禁止了它顯示波的標誌(那些條帶)。波與粒子不僅是兩張面孔——它們是互相遮蔽的兩張面孔。這種互相遮蔽並非偶然,它恰恰是尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)寫進量子理論根基的那條原理,最後一篇會專門講它。