延迟选择实验(杨氏双缝实验)是否证明了因果律是不存在的?

01-15

参考这篇blog
延迟选择实验及其引发的实在问题

鉴于你学识的有限性，我只能简单的讲一些结论，就不详细讲理论推导过程了，希望你能理解。

这个解释主要以哥本哈根学派为主，并吸收了后来其他一些观点。

哥本哈根学派的基石

量子力学互补原理：概念而言，微观物体可能具有波动性或粒子性，有时会表现出波动性，有时会表现出粒子性。当描述微观物体的量子行为时，必须同时思考其波动性与粒子性。互补原理阐明，不能用单独一种概念来完备地描述整体量子现象，为了完备地描述整体量子现象，必须将分别描述波动性、粒子性的概念都囊括在内。

互补原理最重要的结论

恩格勒-格林柏格对偶关系式：假若观察到其中一种性质，则观察不到另一种性质。这不是非零即一或非一即零的二位元关系，有时候，两种性质可以一起被观察到，但是这时，每一种性质不会完全展现，而是部分展现，由对偶关系式决定到底有多少被展现。

光子的干涉：

在量子力学发现以前不久，人们就已了解到，光波和光子之间的联系必须是统计的性质。然而，他们没有清楚地了解到，波函数告诉我们的是一个光子在一特定位置上的几率，而不是在那个位置上可能有的光子数目。这一区别的重要性可在下面看清楚。假定我们令大量光子组成的光束分裂为两个强度相等的部分。按照光束的强度与其中可能的光子数目相联系的假定，我们就会得到，光子总数的一般分别走入每一组分。现在，如果使这两个组分互相干涉，我们就得要求，在一个组分中的一个光子能够与另一组分中的一个光子互相干涉。在某些情况下，这两个光子就要互相抵消，而在另一些情况下，它们就要产生四个光子。这样一来，就会和能量守恒相矛盾了。而新的理论把波函数与一个光子的几率联系起来，就克服了这一困难，因为这个理论认定，每一光子都是部分地走入两个组分中的每一个。这样，每一个光子只与它自己发生干涉。从来不会出现两个不同的光子之间的干涉。——保罗·狄拉克，《量子力学原理》第四版，第一章第3节

惠勒延迟选择实验：

1979年，在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上，惠勒正式提出了延迟选择的思想：即当光子已经通过A／B之后再决定是否放置半透镜。如果放，我们可以说光子同时走过两条路；如果不放，则只走一条。这样就导致了一个怪异的结论：观察者现在的行为决定了光子过去的路线。

概率性的描述和路径积分原理：

量子力学的路径积分表述（英语：path integral formulation）是一个从经典力学里的作用原则延伸出来对量子物理的一种概括和公式化的方法。它以包括两点间所有路径的和或泛函积分而得到的量子幅来取代经典力学里的单一路径。路径积分表述是理论物理学家理查德·费曼在1948年发展出来。在此之前约翰·惠勒在他的博士论文里已经得到一些早期结果。

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下面是对惠勒延迟选择实验的解读：

注意，发展处路径积分的理查德费曼，是约翰惠勒的学生。我们必须认识到，惠勒对量子力学理解上的局限性。

惠勒的解释，错在了一个地方：

如果不放，则只走一条。

如果不放，实际上也是两条路。

如果不放，则只走一条路径的根据：

如图1b，在C处放置两个探测器。如上面的响，表明光子来自B，如下面的响，表明光子来自A。探测器每响一次，完成一次测量。按照经典理论，我们相信这个光子在测量之前就已经存在，光子或反射，经A到达C；或透射，经B到达C。在某一个确定的时刻，光子必然处于某一条轨道的某一个位置上。但是我们不知道它究竟在哪个轨道上。需要通过测量进行反推。

光子在半透镜这个地方和自己发生干涉：

惠勒实验的悖论解读：

即当光子已经通过A／B之后再决定是否放置半透镜。如果放，我们可以说光子同时走过两条路；如果不放，则只走一条。

两个世界观：

什么叫只走一条路：也就是你不知道光子走A还是走B，光子有50%的几率走A，有50%的几率走B。

什么叫同时走两条路：即光子的状体，是走A的状体和走B的状态的叠加。

而实际上，这两个是一个东西。光子同时走两条路，并不是说A和B同时都有光子。光子只有一个，即便是添加半透镜的情况，也只是可能要么走A要么走B。状态的叠加并不是有两个光子的意思。

你要问了，如果我们提前观察知道了光子走的是A而不是B，那么在这个时候再添加半透镜，然后出现了干涉，不就是有悖论了吗？

也就是说，如果没有半透镜，那么光子只走了A，如果添加半透镜，光子就同时走了A和走了B。

这个解读违反了恩格勒-格林柏格对偶关系式。

也就是说当你知道光子走A而不是B的时候，再添加半透镜，就不会出现干涉了。这个结论可以通过费曼路径积分原理得到数学上的证明。

那么你要问了，光子如果实际上只走了一条路，那么为什么会有干涉呢？

两个原因，一个是狄拉克的自我干涉，一个是波恩所谓的薛定谔方程的概率性描述。

如果光子有50%的概率走A，有50%的概率走B，那么在半透镜这个位置的时候，光子的概率是什么呢？很简单

50%A+50%B

这就是所谓的路径积分原理

核心：所有一切描述的都是事情发生的概率，而不是确切发生的事情。

只有概率的情况才符合这种路径积分原理。

这么看，无论是否放半透镜，光子在半透镜这个位置时候的概率方程都是

50%A+50%B

只走一条路而不知道走哪条路，和同时走两条路，结果是一样的。

举个日常生活的例子：

你有两个选择

选择1：50%的概率A给你50块钱，50%的概率B给你100块钱。只走一条路径，不知道走哪一条。

选择2：同时得到A的50块钱的一半和B的100块钱的一半。同时走两条路径。

选择1的期望值是75块钱，选择2的期望值也是75块钱。

你会说，选择1的结果不是期望值，而是其中的一个。

狄拉克的自我干涉原理就是，你只能观测到期望值，而不能观测到其中的一条路径。

恩格勒-格林柏格对偶关系式：如果你观测到了选择1中你将会得到A的50块钱，这表明在你得到钱之前，A给你钱的概率是100%，B给你钱的概率是0%。

你的观测会影响未来，但是绝对不会影响过去。

你的观测导致是

从50%的概率A给你50块钱，50%的概率B给你100块钱这个结果，

变成了，A给你钱的概率是100%，B给你钱的概率是0%。

这也是哥本哈根诠释的另外一个结论：观测会影响未来，但是绝对不会影响过去。

这和概率论上的数学原理是绝对吻合的。

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什么是多世界理论：

光子同时走两条路，是指由两个平行的世界，一个世界中，光子走A，一个世界中，光子走B，而我们不知道自己是处于哪个世界里面。

这个理论听起来很扯淡是不是？为什么呢？因为我们只关心自己处于哪个世界。另外一个世界无论发生什么事情都与我们无关，根据奥卡姆剃刀原则，应当假设不存在。

多世界理论是违反奥卡姆剃刀原则的。

作为一个准业余民科新手，不敢用解释，也不敢用描述这个词，就随便说两句吧。

延迟实验是微观实验，如果实验对象不是光子，改成一群马，则不会出现时间因果倒置现象。就和人用宇宙寿命的时间来穿墙，或有一次机会能全身而入道理一样。宏观和微观世界会强调不同的时空特性。例如波和粒（突然想到一波应该对应一粒嘛，两个大波波，就应该对应两粒黑葡萄嘛）

时间也是多维中的一位，在宏观实验中，时间维度体现出很强的单向性。在微观实验中，时间维度也可以逆向（其实和三维的各个方向走有何不同），就直接反映在因果律的倒置。

现实角度中，不必担心因果律倒置，或者人不回头月亮就不在这种事。就跟人喝水也可能呛死，但人不必担心小概率事件。人穿墙这种，比起喝水呛死，你把它说成是天方夜谭，有何不可。因果律依然可以认为可靠嘛。

@zhangtschao 的解释是错误的他完全没有理解惠勒延迟实验的意义

违反因果律是依据哥本哈根诠释自然的推论。惠勒延迟实验恰恰指出了哥本哈根诠释的不完备性。另一个同样意义的思想实验就是赫赫有名的薛定谔的猫。

也就是为什么哥本哈根诠释取得了无数个成就，他依然只是个解释的原因。

费曼的路径求和与波函数塌缩只具有数学的等效性，对同一事物得到同样的结果，但他们的意义完全不同。不能说“而实际上，这两个是一个东西。” 更不能用一个去解释另一个。

而且哥本哈根诠释避免不了意识，根据哥本哈根诠释我们所处的宇宙，是自激活的一个参予性宇宙

我们选择了宇宙，宇宙又创造了我们。意识的存在又创造了过去，包括他自身。

所以为什么哥本哈根诠释会有其他的解释，紧随其后的就是MWI。

在MWI理论中，避免了观测者，多宇宙就是最简洁的解释。当然MWI也不是完备的，否则就会取代哥本哈根诠释，量子自杀既不能证实也不能证伪。

因而除了这两个外，还有很多其他的解释。

粒子是概率波啊

1把光子当成概率波或者电磁波，波可以扩散分解开来

2光子没有所谓的位置，或者单个光子就是一个波，或者光子的位置不可测知，，否则塌陷成粒子。一旦单个光子的波的一部分碰到了探测器，那么整个波塌陷成粒子，从而被探测到。

所以试验中，光子永远是走多条路径的。而并不是试验中推论的那样以为轮流撞击探测器就认为就是走的单一个路径。之所以轮流撞击上下探测器，是由于波的两部分抵达探测器的先后不一样。

如果能让我做实验就好了。将两个探测器一个放远点，一个放近点，路程差要超过好几个波长，那么大部分光子就打在近的探测器上了。而且根据两个探测器的路程差，打到两个探测器的次数的概率也不一样，其分布也应该是符合概率波规律的。

这样就一切理所当然了，如果当成粒子，就诡异百出，就连双缝干涉也解释不了

不懂物理，一下是苦逼的程序员的梦话：

用概率解释？

1.下层或深层无法分析、观察。外层用概率解释。

2.递归1逻辑，找到最小的（如果递归不结束，没找到最小。说明构成世界的基础逻辑是确定的，结论同 5）。

3.最小的特性（1.确定，2.范围【说明可再分，他还不是最小{概率其实也是范围}】，3不确定）

4.如果构成我们世界的最小单位的东西是不确定的。（不确定说明他有变化属性：1变化尺度，我还可以在这瞎说，说明这个尺度起码比我已活生命长，或他变化了额我感觉不出来。）

5.如果最小单位的东西是确定的。说明我们的世界只是一场超长，超复杂的‘电影‘,。而且这场电影可能还没有结局。

延迟选择实验与因果律并不矛盾

因为单个光子能同时走两条路径（光子不是一个小圆球，单个光子也表现出波动性）

说说自己的理解吧，也算帮自己梳理一下这个问题

杨氏双缝干涉实验必须要承认“波同时通过双缝”和“产生干涉图案”是互为充要条件的，或者说，互为因果的。而延迟选择实验是前者的变形

换句话说，如果说延迟选择实验否定因果律的话，其实就是我们用因果律去证明因果律不完备。那这个论证我觉得是不严密的。

（这不是反证法的问题。问题在于，我们无法通过观察去得知粒子实际的路径，通过推理即因果律来得知。反证法要求事实是完备的，可是如果事实本身是不完备的——抱歉我自己都绕晕了——这里在“事实不完备”和“因果律不完备”之间有个死锁）

对于延迟选择实验现象的解释，某些类似于“多宇宙假说”之类的东西能有很能让普通人比较好接受的解释。但是类似多宇宙假说本身给我的感觉就是，太科幻，而且很可能只是个纯粹的孤立不可证伪的概念。

我对这种假说是持保留态度的，类似的还有简单的高维假说。

以上的假说的基本思路就是在一个（假设的）更大尺度里维护因果律

像这一类解释，比如：在我们做出不同的选择时，其实就是进入了不同的平行宇宙（什么鬼…），叠加态的表现不同是可以预期的。

又比如：在日常生活里，时间是不可逆的。因此果应当发生在因之后。但是在更高的维度下时间是可逆的（…目前不能证伪），所以果可以表现在因之前。

说实在的，单单这么说的话，有一股民科的气氛。

貌似还有其他解释，不过能用相数学模型来描述这个问题的解释貌似一个都没有。

另外我自己说句更不实在的，我们事实上根本无法知道未曾观察过的“过去”是怎样的，所有能看观察到的都是现在。

本着惊人的结论需用惊人的事实来证明的原则，我倒是觉得单单靠延迟选择实验去推翻因果论，还差一点点

ps：看到一个说法，好像是冯诺依曼说的，叠加态在一个系统中是一步步传递的。比如拿薛定谔的猫做例子，就是原子衰变的叠加态传递到了猫的生死上。如果再加一个装置，检测猫的心跳，心跳停止以后一盏灯熄灭。那么叠加态就会传递到这灯的明灭上。

大意是这样。

那么如果是这样，其实延迟选择实验可以这么解释：事实上光通过的路径一直处在一种叠加态之中。而我们对其路径的观察使之坍缩——而我们事实上能观察到的，只是现在而已，或者说是过去的叠加态传后的现在而已。

粒子（未经观察的）过去也是处在叠加态中。而过去怎样我们已经不可知，可知的只是“过去”在现在的表现而已。

这段ps民科味道1000%，只是个人瞎想。请无视，也欢迎吐槽