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正文 第126章 观察者效应
作者:针尃| 字数:2001| 更新时间:2023年06月18日

泰丝耐人寻味的一段话听起来令人匪夷所思,也引发了尼古拉·杜曼斯基在物理学上的浮想联翩,他喃喃自语一般说道:“在狭义相对论中,如果把速度看成时间向量角度的函数,则此函数需要满足这样的条件,即洛伦兹速度变换公式正好与双变量的角函数和差公式相同。这样的函数倒也的确存在,就是速度等于光速乘以时间角的双曲正切函数。”

阿德莉娅和泰丝见尼古拉自说自话一时兴起,尽管无异于在听天书,却都不好意思贸然开口打断他的思路,只听他继续说道:“时间角在相对论和高速粒子物理中,有另一个名称,叫作‘快度’。从快度的概念出发,狭义相对论可以这样阐述:时间是二维向量,每个惯性系所处的时间向量是独立的;同一物理过程在不同惯性系下的物理描述——包括时间、空间等所有物理量,它们的变换关系由两惯性系的时间夹角决定。这样一来不妨进一步推测,时间是二维双曲坐标系中的向量,其夹角并非欧氏角度,而是双曲角。那么再次回到量子力学,其实二维时间的假设还明显有助于理解观察者效应和波函数坍缩。”

说到这里,意兴盎然的尼古拉自己打断了自己,扭头看着阿德莉娅和泰丝问道:“听说过观察者效应吗?”

阿德莉娅和泰丝互相对视一眼,双双摇了摇头。

尼古拉撅起嘴来耸了耸肩,说:“好吧!我简单解释一下,在二十世纪以前,人类作为宏观世界的一部分,对科学的认知都是建立在对现实事物的确定性之上的,当时的理论被认为能够解释和预测宇宙中的任何现象。尤其在1846年,天文学家们根据天王星的轨道摄动成功推测出了海王星的轨道和位置,堪称宏观世界科学的一次伟大杰作。那个时候的科学家们认为,如果有一台超级计算机,他们可以根据已有的理论预测出宇宙所有事物的未来。现实世界的确定性及可预测性贯穿了当时的物理学体系,这就是二十世纪大部分科学家的世界观,就连爱因斯坦也不例外,可是这一切都被一次物理学上的‘灵异事件’给终结了。从二十世纪开始,物理学家们不可避免地开始思考一个问题——光的本质究竟是波还是粒子?此前牛顿认为,光既然是直线传播,遇到障碍物后也会反射,那么光一定是实物粒子。但是,如果光是粒子的话,就无法解释光的衍射现象,况且人们也从未观察到两束光会发生碰撞。因此,不少人提出反对意见,认为光是波。为了探求真相,科学家们设计出了一个实验,利用光子发射枪对准双缝发射,如果光是粒子的话,那么它通过双缝后呈现在屏幕上的,应该是两道杠;反之,如果光是波的话,那么通过双缝留在屏幕上的,将会是斑马线一样的条纹。”

尼古拉一边说,一边拿出纸和笔开始在桌子上画图,接着说道:“在第一次实验中,光子枪对着双缝发射后,屏幕上产生了明暗相间的干涉条纹,这毫无疑问提示光是一种波,可以发生干涉行为,但这就意味着‘波’派取得了胜利吗?其实不然,因为‘粒子’派认为,连射模式下肯定容易发生干涉,如果将光子枪切换到点射模式,一次只发射一个光子,那么留在屏幕上的铁定会是两道杠。于是大家便进行了第二次实验,一切都遵循‘粒子’派的构想进行点射,然而随着时间的积累,不可思议的一幕发生了,屏幕上依然出现了干涉条纹。当实验进行到这里时,已经不是波粒两派的相争了,而是产生了一个全新的问题。我们知道要出现干涉条纹,一定至少得有两个波进行干涉,这也是为什么实验设计要开双缝的原因。当单个光子发射初去后,要么通过左狭缝,要么经过右狭缝,那么它究竟是和谁进行干涉的呢?难道是自己分成两半相互干涉吗?带着这些疑问,科学家们想到了一个解决问题的办法,在双缝旁加装一个光电探测器,来看一下光子究竟通过了哪条缝隙?是否会分身发生干涉行为?所以,第三次实验还是以点射的方式发射光子,唯一的区别就是加装了探测器。探测的结果是,光子确实是从左缝或者右缝单一通过,并没有发生所谓的分身变化。观察到这个结果后,波粒两派都松了一口气,正当他们以为一切都真相大白的时候,真正刷新人们三观的‘灵异事件’发生了,屏幕上原本的斑马线在不知不觉间竟然变成了两道杠,更恐怖的是,当科学家们把探测器移除后,光子似乎又敏锐地察觉到了这个变化,屏幕上的两道杠又变回了斑马线。很显然,人们的观测行为导致光子的状态发生了改变,这就是量子力学中的第二个定律——观察者效应。简单点儿说,就是观测行为会引起叠加态的坍缩,并会看到一个确定无疑的结果。不过事情到这里还不算严重,因为在几十年以后,惠勒的延迟选择实验才真正让经典物理学彻底倒塌。延迟选择实验的思路是,先让光子通过双缝,等它们即将落到屏幕上时,再突然加上探测器,可无论我们加上探测器的速度有多快,最终呈现在屏幕上的依然是两道杠。反过来,如果刚一开始加上探测器,然后在最后时刻突然撤掉,呈现在屏幕上的却永远是斑马线。也就是说,是人们在未来的选择决定了光子最初的状态,因为明明光子做出选择在前,而人们实施观测行为在后,那么因果定律在微观世界中貌似失去了作用,果反倒决定了因,这也正是量子力学的独到之处,也是微观世界的诡异和恐怖所在。”

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