(提示:阅读本文需要一定的物理基础。感兴趣请先阅读之一、之二、之三、之四、之五)
前面已经说明,总体不确定性的背景下,我们已经不能在不同的确定性推理之间横跳了!
说起不确定性,不能不想到量子力学,想到海森堡不确定性原理。
这个原理说,不能同时确定一个对象的位置和动量。
用波函数描述一个对象,对象的位置是不确定的,在一个确定位置只是以某个概率出现。
用实在论的话来说,波函数就是确定的实在。但是从经验论的角度,只相信能实证的东西,也就是能测量的东西。
量子力学的吊诡就在于,并不能测量波函数——只要测量,波函数就会坍缩——而只能按照宏观经验理解的物理量去测量,例如测量位置。而位置,就是不确定的了。
从经验论的角度来看,量子力学就是总体上不确定的。
因此可以说,确实有某个对象存在,但是在哪里是不确定的。
这就像是国王说的了:确实有猛虎,但是猛虎在哪里不确定。
美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler)在1979年提出的一个量子力学思想实验,旨在探讨波粒二象性、测量行为与因果律之间的关系。这就是惠勒延迟选择思想实验(Wheeler's delayed-choice experiment)。
该实验基于双缝干涉。光子从光源发出,经过第一个分束镜(BS1)后,由于光子的波动性,理论上可能同时走两条路径,各有50%的概率,具体走哪条路,不确定。在路径末端设置探测器,则能确定光子走了哪条路径——这时波函数已经坍缩到某一个确定的路径,体现光子的粒子性。
但是如果在探测器之前插入第二个分束镜(BS2),让两路径光子发生干涉,光子就仍然表现出波动性。
现在做关键的“延迟”:是否在终点的探测器之前插入BS2的决定,是在光子已经通过第一个分束镜BS1之后才做出的。
实验的结果,无论何时决定是否插入BS2,只要最终选择干涉测量,光子就表现出波动性;若选择路径测量,则表现为粒子性。
这一现象似乎暗示:现在的测量选择可以“决定”过去光子的行为方式,这挑战了因果观念。
这里关键的吊诡还在于,如果一开始按照选择路径的测量方式,在光子已经通过BS1,应该是已经选择和确定了路径的时候,突然插入BS2,改变成选择干涉的测量方式,这时已经确定了路径的光子怎么会变回波动性呢?
这两种测量其实是导致波函数两种不同坍缩方式的两种边界条件。
回到求婚者与猛虎的寓言,我们已经知道:总体不确定性的背景下,我们不能在不同的确定性推理之间横跳。
现在,在量子力学不确定性的大前提下,我们能在两种边界条件之间横跳吗?
就波函数而言,它是跨越时空的整体存在,不依赖单一时间点。在没有测量之前,我们并不能按照确定性的思维说光子已经选择了哪条路径。
从相对论的角度看,光子在光锥上,没有时间先后的概念。
在没有测量之前,不管做出怎样的测量设置变化,整个光子都处在不确定性之中,都要以最后测量时的设置(边界条件)为准。
并不能将还未测量之前的某个设置的预测和最终设置的测量结果来相比较,而得出矛盾、违反因果之类的结论。
其实就是说,在量子力学不确定性的大前提下,我们不能在两种边界条件之间横跳了。
因而,延迟选择实验并未挑战量子力学。

