那片月亮，我们不看她就不在那里吗？（下）

（对外在世界的认知 之十五）

那么，你不看的时候，月亮到底在不在那里呢？

 

爱因斯坦和波多尔斯基还有罗森(EPR)三人，在1935年发表了发表了一篇质疑量子力学完备性的文章。在那篇文章里，他们提出了定域实在论(Locality and Realism)假设。地域的意思是说，物体的属性只能受相邻区域发生的事件影响，遥远区域的事件不能以超光速影响本地物体，反之亦然。实在论的意思是说实验观测到的属性现象是来自某种物理实在，而与观测无关。这就是说，物质的特性是独立于观察者和观察方式的。爱因斯坦他们认为，道理是很明白的，即使你没看月亮，它也是挂在天上的。

 

波尔很快在同名期刊上发表了同名文章，对EPR悖论进行了回复。我看了维基百科上的介绍，据说这次波尔的反驳看起来不是很给力；他并没有针锋相对地说月亮在还是不在。贝尔认为，本来在测试过程的关键阶段就没有力学意义上的干扰发生，所以那文章的立论不足以支持其结论。波尔这样的说辞就很笼统了，这是肯定不可能和爱因斯坦达成共识的，后来两人之间虽然仍是时有争辩，但基本上属于各持己见，在旁观者看来，孰是孰非还一时很难说清。也正是因为如此，后来波尔对自己没能在爱因斯坦生前把事情解释清楚，感到十分懊悔。

 

到了1964年，爱尔兰物理学家约翰贝尔为了验证爱因斯坦他们的EPR假设，用一对纠缠着的粒子做了个极化旋转实验，结果观察到的现象和他开始的设想完全相反，于是他总结出来一个著名的推论。有专家用最简单的语句表达了这个推论定理的意思：没有有关地域隐含变量的物理理论可以永远再现所有的量子描述。这样的高度概括，对于像我这样缺少专业知识背景的人来说，实在是云山雾罩难解其意。后来贝尔晚年在BBC的一档节目中解释说，这就意味着，宇宙中没有自主意愿，一个粒子被观察了，另一个物理属性上与它相纠缠的粒子，不管相距多远，都会同时作出与之相随的属性变化，这说明宇宙中有超级决断机制。这个推论，将爱因斯坦他们（EPR）三十年前祭出的三个法宝，地域性实在性和自主性，全部打翻。按BBC的说法，是贝尔用实验证明爱因斯坦错了。

 

贝尔定理释放出来的意义，让人觉得这个决定宇宙现象的超级决断机制非常诡异。看上去，或者说推导出来，两个纠缠着的粒子之间的讯息传递可以是超光速的，可是细想起来，又没有必要用比光速快的讯号传递去告诉粒子A说，另一个粒子B被测试；因为这个宇宙，包括粒子A，已经知道了测试的方式和应该给出的结果会是什么，也就是说，甚至好像我们做实验所选择的测量方式和结果都已经是”事先（或事后）决定好了的“，是一种逆因果关系的发生。

 

这样令人匪夷所思的症状，在1999年，韩国人Kim Yoon-Ho设计的一项旨在观测光子通过双缝后物理属性的实验中，表现得非常清晰明确。我在写这个系列的前几章时，有网友留言提到了这个实验，说它的结果颠覆了基于传统理论对外界的认知。我上网查找了相关的介绍，认真了解之后，也是大吃一惊。这个被称作“延迟量子路径选择删除“的实验，设计思路有点复杂，要把其中的道理环节一一解释清楚比较繁琐饶人。在这里，我只是想把其中的现象和结论简化总结出来，算是一种对疑惑的分享吧（不愿自寻烦恼的读者可将斜体字的段落略过）。

 

参照我在下面附上的原理图。我们知道，当一个光子被投射到一个刻有两条细缝到面板时，它有两个选择：如果这面板后没有仪器观测光子通过的路径的话，它就以波的形式同时从两条细缝中涌出，并能产生干涉现象；反之，如果有仪器在观测，它就以粒子方式通过A或B缝，不产生干涉。这样的实验应该是早在上世纪二三十年代，爱因斯坦和波尔他们刚开始争论的时候，就有人做过的了。现在，金博士的想法是，我依然要启动观测仪器，但我要欺骗一下光子，让它不知道仪器记录了那个光子的路径选择，不知道记录下来的讯息，那个得到了保留。金的做法是，在双缝的后面加一个自发参量下转换的BBO晶体，它可以把一个通过的光子转换成低了一半频率而相互纠缠的两个光子。然后，这两个光子的路径由Glen－Thompson棱镜分成上下两支。上面的一支不管是来自A缝还是B缝，我们叫做“信号”光子（图中上方红和兰的单线），走向观测器D0。另一支是走向下方的叫“闲散”光子，通过一PS棱镜后，来自A缝的（红线表示）和来自B缝的（兰线）光子又经过光线分离片（BS，它的作用是可能让光子透过或者反射）和镜片（MS）反射分别走到四个光测器的位置，D1、D2、D3和D4。从图中的颜色线路走向，我们要注意以下几个要点：

 

－ 被D1和D2测到的光子，分不清是来自A还是B缝。

－ 被D3测到的光子肯定是来自B，被D4测到的光子肯定是来自A。

另外，从缝隙板到D1D2D3D4的光路长度比到D0的要长2.5米，这意味着在下方任一检测器上得到的闲散光子信息，都要比它的纠缠伴侣记录在D0上的晚8纳秒（十亿分之八秒）。

 

在这种设计环境下，D3和D4检测提供了延迟的“闲散光子所走的具体缝隙”路径信息，表明与之相纠缠的“信号”光子也是通过的同样的A或B路径。而D1和D2的检测记录所提供的信息表明不了自己来自哪条缝隙，所以也表明不了它的纠缠伴侣光子是从哪条缝过来的。到此时，光子从哪条缝过来的这种早先潜留下来的信息，通过几组偏分镜和反射镜之后，到达D1和D2后1就分不清了，就变成延时消除了。到了届时合计装置那里（Coincedence Counter），实验者可以看到：

 

－ 当闲散光子在D1或D2上被检测到时，信号光子到图形是干涉波纹。

－ 当闲散光子在D3或D4上被检测到时，信号光子到图形就是简单的混块状，没有干涉。

 

这个实验再次证明了，当有测试去观察光子走哪条缝时，就不会有干涉；无观测时干涉出现。更重要的，让人吃惊的是，这个实验有别于经典的双缝实验之处：对于是否保留或消除闲散光子走哪条缝的信息，这一决定是在D0点信号光子状态被观测了8纳秒以后做出的。D0的观察没有直接产生光子是从哪条缝隙过来的信息，D3和D4的观测是提供了那条路径的信息，意思是这时没有干涉图纹能在D0中看到。同理，D1和D2没有提供路径信息，意味着这时D0上的图形是干涉波纹。换句话说，即便是在一个信号光子由于路途较短，早就到了D0，它在这里的干涉条纹出不出现，反而是取决于自己的纠缠对象——闲散光子在保留有路径信息的D3或D4上发现还是在消除了的D1或D2上发现。更进一步，这就可以解释为，一个延后的对闲散光子路径的察看或不察看，可以改变以前的一个事件的结果。这就产生了一个时间和时间顺序的疑问，一个逆因果顺序的现象：如果D1D2D3D4的察看结果影响D0的图像，结果就跑到原因的前面去了。再设想一下，如果是光路足够长，延迟的时间就不仅仅是8纳秒那么无法察觉的瞬间了，在那样的情形下，一个时间间隔足够长的反因果事件会给人类的思维带来什么样的启示或迷惑呢？就像是我们站在地球上，仰望夜空中那些来自上万光年之外的星光，此时你的看与不看，可能对一万年前的光子伙伴真的是有所影响呢。

 

当然，对这个实验的结果，对于纠缠的量子之间，这种看上去不以时间空间为约束的讯息传递背后的原因，专家可能会有更符合量子力学自身特性的解释, 未必所有结论的指向都是逆因果的时间回溯。即便如此，我们也不妨放纵一下狂野的思绪，在微观世界，会不会真的有与我们现实时间对称的负时间维度呢？毕竟，费曼在几十年前就想象过，一个电子可能在时间的坐标轴上向回行走。

 

这时候，我们好像又遇到了两千多年前令亚里士多德和赫拉克利特烦恼的问题，就是那个A到底等于不等于A的问题。

 

附图  延迟量子选择删除实验