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中国科学家挑战“光是什么”传统界限收藏
合肥9月4日电 (杨保国 吴兰)9月份的《自然-光子学》封面文章发表了中国科学家首次实现量子延迟选择实验，挑战“光是什么”的传统界限，并首次实验观察光子的波粒叠加态。4日，记者从院士领导的获悉，该实验室研究组首次实现了量子延迟选择实验，制备出了光的波-粒，丰富了人们对传统互补原理的理解，挑战“光是什么”的古老科学问题。　　光是什么？研究组成员认为，从最初的粒子说，到的波动说，直至的光量子说，一直众说纷纭。现在对光的理解可归结为玻尔的互补原理，即光具有，波动性和粒子性这两种属性即对立又互补，一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。　　此前有一种隐变量理论认为，光子有自由意志，实验观察结果可展现其粒子性或波动性。为了检验这种隐变量理论和量子力学谁是谁非，玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验。
　　在经典的延迟选择实验中，光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。研究组设计出一种量子实验装置，巧妙地利用光子的偏振比特作为辅助，使测量装置处于量子叠加态，能同时探测光子的波动性与粒子性，从而实现了量子的惠勒延迟选择实验。该实验排除了光子有自由意志的假设，并首次观测到波与粒子的，处于这种叠加态的光子，既不像粒子态那样没有干涉条纹，也不像波动态那样表现出正弦形干涉条纹，而是呈现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒，亦波亦粒”的表现形式。　　英国著名量子物理学家阿迪索教授认为，“该实验挑战了互补原理设定的传统界限，在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《自然-物理》杂志也在“研究高亮”栏目报道了该成果，称它“重新定义了的概念”。(完)
1楼 21:25&|
想说明武则天可以建造飞船发动机了么。。。
2楼 21:31&|
天朝越来越牛b了量子纠缠传输那个新闻看到过没，也是世界领先。
3楼 21:40&|
第一反应是古典时代。。。。Optics 光学"He made an instrument to knowIf the moon shine at full or no."- Samuel Butler“他制造了一种仪器来仔细观察月亮的光芒。”　　　　——塞缪尔·巴特勒（英国学者）花费
收起回复4楼 21:43&|
光是看得见,模不着的东西...
5楼 22:46&|
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为兴趣而生，贴吧更懂你。或由双缝实验到因果律的崩溃——这种情况下已经无法谈论时空了。。。 | 死理性派小组 | 果壳网 科技有意思
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相信大家对双缝实验已经很熟悉了，这个实验完美的揭示了波与粒子的统一性，以及量子力学最怪异的本质。。。前些时候看霍金的“大设计”，里面提到了“可择历史”这一概念，但不知为什么国内大部分学习量子物理的孩子都几乎没听说过这个概念。。。这个概念其实来自于惠勒著名的“延迟选择”实验，该实验可以被看做双缝实验的一个巧妙的变体，如下图：其中S为光源，M为一半镀银的镜子，其作用就相当于是双缝，光子有50%的概率被反射或者通过。下面的B处和右边的A处各有一面全镀银的镜子，最后光线会被重新会和在C处的接收屏形成干涉条纹。可见这种时候就是经典双缝实验的变体。。。然而，惠勒实验的不同之处在于，实验者可以选择拿掉B处或A处的全反射镜并换成接收屏。这个时候，由于必然知道光子通过的路径，因此屏上只可能得到一条衍射条纹而无法形成干涉条纹。所以，如果我们将A和B处的屏幕重叠起来也无法得到干涉条纹。。。。大概就是这个意思，接下来来看看时空因果是怎么崩溃的。。。我们知道光子的传播无法超越光速，因此若在半反射镜M周围限定一个球形范围（上图中红色的范围），设半径为R，那么在t&T=R/c时间之内，光子是无法脱离该球形范围的，right？。。。因此，当在t&R/c时做出选择时，光子的路径是早已决定的，按照因果律来说，现在无论做不做出选择，最终形成的条纹都是一样的。。。然而实际情况却是，实验者的选择直接决定了t&R/c时光子的行为。。。换句话说，我们未来的选择决定了光子过去的行为，这就是“可择历史”的概念。。。这到底是怎么回事呢？似乎时间在这种情况下消失了，过去的光子似乎可以从自己的未来那获得信息从而改变自己的行为。。。。
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不懂。还是不懂好，不然会三观崩溃的。
咱怎么就知道可择历史...果壳呆久了么= =
很好理解啊，我们在三维空间里都能互相影响，那四维或以上维度的时空当然也可以互相作用。同理，未来一定也能影响过去。啊，不过在我说出这句话的时候世界观又被颠覆了。
吐槽一点,这样的光路是不可能在C处形成条纹的...and我怎么感觉在wiki上看到的说法和你的不一样呢?
重新画了幅图,S是光源,M是全反射镜,BS是5:5分光镜,D是探测器
干涉是一种现象，两束电磁波的干涉是彼此振动的电场强度矢量叠加的结果，而由于光的波粒二象性，光的干涉也是光子自身的几率幅叠加的结果。干涉是因为a，b相遇，跟镜子无关。你拿走镜子，并不是不分光了，而是光路改了。
不懂，旁听。。。
的话：吐槽一点,这样的光路是不可能在C处形成条纹的...and我怎么感觉在wiki上看到的说法和你的不一样呢?我看的英文的wiki，原文中最早的实验比上面我说的这个版本要更搓，用的是两个望远镜。。。。。我上面的这个版本其实是对那个宇宙版本的变形。。。。附上原文：In terms of the traditional double-slit apparatus, the Wheeler delayed choice experiment is to put telescopes that are pointed directly at each of the two slits behind the removable detector wall. If the photon goes through telescope A it is argued that it must have come by way of slit A, and if it goes through telescope B it is argued that it must have come by way of slit B.Wheeler planned a thought experiment in which two ways of observing an incoming photon could be used, and the decision of which one to use could be made after the photon had cleared the double-slit part of the apparatus. At that point a detection screen could either be raised or lowered. If the detection screen were to be put in place, Wheeler fully expected that the photon would interfere with itself and (if many more photons were permitted to follow it to the screen) would form part of a series of fringes due to interference. If, on the other hand, the detection screen were to be removed, then:Sufficiently far beyond the region of the plate, the beams from upper and lower slits cease to overlap and become well separated. There place photodetectors. Let each have an opening such that it records with essentially 100 percent probability a quantum of energy arriving in its own beam, and with essentially zero probability a quantum arriving in the other beam.In that case, he argues, "one of the two counters will go off and signal in which beam — and therefore from which slit — the photon has arrived."
的话：因此，当在t&R/c时做出选择时，光子的路径是早已决定的，按照因果律来说，现在无论做不做出选择，最终形成的条纹都是一样的。。。做出什么选择，没懂你的话
的话：吐槽一点,这样的光路是不可能在C处形成条纹的...and我怎么感觉在wiki上看到的说法和你的不一样呢?不过你说的有点道理，确实两束光和在一起的时候是需要重新调节相位的。。。不过这不是重点。。。
的话：做出什么选择，没懂你的话是否进行观测的选择啊
的话：干涉是一种现象，两束电磁波的干涉是彼此振动的电场强度矢量叠加的结果，而由于光的波粒二象性，光的干涉也是光子自身的几率幅叠加的结果。干涉是因为a，b相遇，跟镜子无关。你拿走镜子，并不是不分光了，而是光路改了。你没弄明白我说的。。。首先我只考虑单个光子的情况，其次你要明白量子力学公设是来自于各种实验现象的，这个现象就是其中的一种。。。你不能把公设当成问题的解释。。。。。。
的话：是否进行观测的选择啊虽然不是很清楚，但是觉得和薛定谔的猫区别不大
的话：虽然不是很清楚，但是觉得和薛定谔的猫区别不大区别大了。。。你的观测直接决定了历史，从而造成了时空悖论。。。。
的话：区别大了。。。你的观测直接决定了历史，从而造成了时空悖论。。。。按你这么解释，我是不是可以认为对猫的观测决定了过去的历史。你说的决定历史是决定什么样的历史。（不知是你的表达还是我的理解有问题，我还是不太清楚你在说什么）
教育无边界字幕组概率课组长
等大神用妇孺都能听懂的话解释……
拿掉镜子以后，干涉也不会瞬间消失吧，应该要等到完全没有光子从b镜子过来的时候，干涉才会变成衍射，没有违背因果律啊。
的话：按你这么解释，我是不是可以认为对猫的观测决定了过去的历史。你说的决定历史是决定什么样的历史。（不知是你的表达还是我的理解有问题，我还是不太清楚你在说什么）上图中的那个红色区域中发生的一切对于t&R/c来说应该已经是历史了吧？但是后续的观测行为依然影响到了光子是通过双缝（在上例中就是选择的路径）中的某一个还是以概率波的形式同时通过两个，而这一切必须发生在t&R/c这段时间以内。。。计时从光子到达双缝（反射镜）前的一瞬间开始。。。现在明白了吗？。。。
的话：拿掉镜子以后，干涉也不会瞬间消失吧，应该要等到完全没有光子从b镜子过来的时候，干涉才会变成衍射，没有违背因果律啊。我们的观测都是曾对单个光子进行的，最后再一起统计。。。。这里的意思是说在你观测的一瞬间，你就决定了光子过去的行为。。。
的话：等大神用妇孺都能听懂的话解释……那不可能，因为Feyman 说过“没人真正懂得量子力学”。。。。。不可能存在你们所谓的常识上能够理解的解释方式。。。不存在。。。
的话：我们的观测都是曾对单个光子进行的，最后再一起统计。。。。这里的意思是说在你观测的一瞬间，你就决定了光子过去的行为。。。那你这个说的又是观测引起的结果，就是薛定谔猫了，那和最原始的双缝干涉实验就没什么区别了。
的话：那你这个说的又是观测引起的结果，就是薛定谔猫了，那和最原始的双缝干涉实验就没什么区别了。时间啊！！！区别在于时间啊！！！当t&R/c以后才决定是否观测，为什么？就是为确定光子已经离开了红色区域，从而常识上来说红色区域中发生的一切已成为不可改变的历史。。。。但是观测行为却导致了历史的改变，懂了吗？
的话：时间啊！！！区别在于时间啊！！！当t&R/c以后才决定是否观测，为什么？就是为确定光子已经离开了红色区域，从而常识上来说红色区域中发生的一切已成为不可改变的历史。。。。但是观测行为却导致了历史的改变，懂了吗？这又回到我说的了，，，光子已经离开红色区域的时候，干涉没有消失，一直到所有从镜子来的光子全部走完以后，干涉才会消失啊。并没有违背因果律。根本就没有观测过，所以也不存在薛定谔猫的问题。
的话：这又回到我说的了，，，光子已经离开红色区域的时候，干涉没有消失，一直到所有从镜子来的光子全部走完以后，干涉才会消失啊。并没有违背因果律。根本就没有观测过，所以也不存在薛定谔猫的问题。不存在所有光子这一说法。。。观测都是针对单个光子进行的，最后对结果进行统计处理。。。。。话说你到底明不明白双缝实验是怎么回事啊？光子不是和别的光子形成了干涉，是光子自己和自己形成了干涉！！。。。不能用常识去理解量子力学，甚至不存在逻辑去解释这中间的具体过程。。。。
hey...双峰实验么？性情错别字你是想说明什么...
的话：等大神用妇孺都能听懂的话解释……同等~~学经济的压力大啊啊
我明白你的意思，我们一个光子的过去和将来发生干涉，但是我们动了它的将来之后，很明显，它的过去也被改变了。你要明白，人类若以线性的状态看待时间，是受了经验的局限。当你从一个连续的二维世界里抽走一根三维的丝线，你也将看到同样的情况。
太深奥了，mark先~
的话：当你从一个连续的二维世界里抽走一根三维的丝线，你也将看到同样的情况。完全无法想象啊~~！！。。。二维的世界里面怎么能容下三维的存在。。。The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：完全无法想象啊~~！！。。。二维的世界里面怎么能容下三维的存在。。。观测导致"光场"的改变?"光场"是时空概念而不是单独的空间概念?
最后光线会被重新会和在C处的接收屏形成干涉条纹在此实验中单光子是无法形成干涉条纹的我用5L的图说话#1中,无BS(out),光子被Da或Db其中一个检测出,随机,等概率,然后光子被哪个探测器检测到我们就说光子"经过那一路"#2中,有BS(out),选取适当的方法使Da路出射几率为零(干涉相消),然后只有Db可以检测到光子,这种情况我们说光子"从两路同时过来"#3中,当光子经过BS(in)后,我们再选择是否放置BS(out),情况如#1#2所讨论,但是我们发现#1的解释不再正确！我们不能从实验中推断出光子通过哪一路,因为BS(out)放置与否都应该不会影响到光子在path a,path b原来的状态.当没有BS(out)的时候,我们仍然要说光子"从两路同时过来",但被Da或Db探测到后|path a&+|path b&叠加态坍缩其实这的确是薛定谔猫的翻版,只是其中混杂了量子力学中更为诡异的空间非定域性
不懂……占个前排……
的话：但被Da或Db探测到后|path a&+|path b&叠加态坍缩但被Da或Db探测到后|path a&+|path b&叠加态坍缩至某一态(|path a&或|path b&)这个实验是单光子的思想实验,如果是双光子的话,那将会涉及到纠缠态,但无论如何同样会有空间非定域性的问题,一个著名的例子就是EPR吊诡.
的话：在此实验中单光子是无法形成干涉条纹的空间非定域性多次实验，统计结果是可行的吧？
的话：在此实验中单光子是无法形成干涉条纹的我用5L的图说话#1中,无BS(out),光子被Da或Db其中一个检测出,随机,等概率,然后光子被哪个探测器检测到我们就说光子"经过那一路"#2中,有BS(out),选取适当的方法使Da路出射几率为零(干涉相消),然后只有Db可以检测到光子,这种情况我们说光子"从两路同时过来"#3中,当光子经过BS(in)后,我们再选择是否放置BS(out),情况如#1#2所讨论,但是我们发现#1的解释不再正确！我们不能从实验中推断出光子通过哪一路,因为BS(out)放置与否都应该不会影响到光子在path a,path b原来的状态.当没有BS(out)的时候,我们仍然要说光子"从两路同时过来",但被Da或Db探测到后|path a&+|path b&叠加态坍缩其实这的确是薛定谔猫的翻版,只是其中混杂了量子力学中更为诡异的空间非定域性哦~~原来是这么理解的。。。看来是我理解有偏差。。。但是这个依然会引起时间上的悖论，正如#3所描述的。。。难道这真的就是爱因斯坦所说的“时空的全局因果性”吗？。。。。如果是这样，我们日常经验中的局部因果性看来只是这种全局因果性的一个特例了。。。。The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：观测导致"光场"的改变?"光场"是时空概念而不是单独的空间概念?已经够混乱了。。。就不要再引入新的概念了。。。神马叫"光场"。。。既然我们现在是在用量子力学处理问题，那么就请使用QED（量子电动力学）的模型来思考。。。。统一用光子，好吗？The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：多次实验，统计结果是可行的吧？这个实验的着重点在于"光子是怎么过,过哪一路"的,当然,多次实验,统计结果是必须的,但是我们只对粒子被哪一个探测器检测到感兴趣,因此不必考虑大量粒子打在探测器上形成什么条纹..而另一类双缝实验(带光照,AB效应等)更关心的是粒子在空间的分布,从而去推断出射状态的波函数分布,这时候干涉条纹就显得更为重要
的话：已经够混乱了。。。就不要再引入新的概念了。。。神马叫"光场"。。。既然我们现在是在用量子力学处理问题，那么就请使用QED（量子电动力学）的模型来思考。。。。统一用光子，好吗？rupt 的发言是正解，这个实验中光必须被描述为|path a&+|path b&的叠加态，而不能使用光子和“路径”的概念，也就是说不能讲光子通过了 path a 。这个实验还可以牵涉到Feynman的路径积分。 物理系的屌丝表示路径积分亚历山大=。=
的话：rupt 的发言是正解，这个实验中光必须被描述为|path a&+|path b&的叠加态，而不能使用光子和“路径”的概念，也就是说不能讲光子通过了 path a 。这个实验还可以牵涉到Feynman的路径积分。 物理系的屌丝表示路径积分亚历山大=。=问题在于，如果按#1的方式来观测，那么得到的必然就是路径确定的光子，不存在叠加态，这个时候我们可以准确知道光子通过了哪条路径。。。然而就在我们确定光子已经做出路径选择而处于path a或path b时，我们升起了BS(out)，而这直接导致了最终结果成为叠加态。。。也就是说我们升起BS(out)的行为直接改变了光子的历史行为。。。Feynman的路径积分说的是时间同步的情况，而这个实验却是未来事件对于过去历史的影响。。。这点是不同的。。。The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：。最终的结果就是#3干掉了#1的解释..令"|path a&+|path b&态在观测后坍缩"成为在量子力学框架内自洽的解释。。
的话：最终的结果就是#3干掉了#1的解释..令"|path a&+|path b&态在观测后坍缩"成为在量子力学框架内自洽的解释。。哦。。。突然一下悟了！！！原来现代量子力学是这么处理的啊~：在任何时候都认为光子同时通过两条路径，然后通过态矢量向本征函数坍缩来决定观测的影响，这样就好理解多了。。。我说呢，怎么未来可以影响过去，原来是惠勒自己没想明白。如果否认单个光子存在的话，这个问题就好理解多了。。。那么“可择历史”的正确解释因该是“由于不确定性，粒子可以拥有众多不同的历史，而观测导致态矢量坍缩到其中一个，但是不论是哪一个历史都必定是观测以前就已经发生过的”。。。而霍金和惠勒给人的理解就是“粒子可以拥有众多不同的历史，而观测可以直接决定粒子在过去到底经历了哪一种历史”。。。两种说法，虽然解释的是同一个现象，但是后者却令人感到无限的凌乱。。。。P.S.突然发现霍金在书中挖了一个巨坑。。。然后我居然毫无察觉的跳下去了。。。。I think this thread can be terminated...The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：哦。。。突然一下悟了！！！原来现代量子力学是这么处理的啊~：在任何时候都认为光子同时通过两条路径，然后通过态矢量向本征函数坍缩来决定观测的影响，这样就好理解多了。。。我说呢，怎么未来可以影响过去，原来是惠勒自己没想明白。如果否认单个光子存在的话，这个问题就好理解多了。。。那么“可择历史”的正确解释因该是“由于不确定性，粒子可以拥有众多不同的历史，而观测导致态矢量坍缩到其中一个，但是不论是哪一个历史都必定是观测以前就已经发生过的”。。。而霍金和惠勒给人的理解就是“粒子可以拥有众多不同的历史，而观测可以直接决定粒子在过去到底经历了哪一种历史”。。。两种说法，虽然解释的是同一个现象，但是后者却令人感到无限的凌乱。。。。P.S.突然发现霍金在书中挖了一个巨坑。。。然后我居然毫无察觉的跳下去了。。。。I think this thread can be terminated...哈 ~看了你还是蛮厉害的，已经理解的问题的关键：量子力学中没有一条“确定”的路径，说光子通过path a 是不成立的。 路径积分的关键在传播子G（t1，t2，x1，x2），并没有“时间同步”这个讲法（或许是我还没学到？）
反正我手中的QFT书中就没有(或者不屑于?)谈论纠缠态啊,非定域之类的东西其实我觉得penrose在RTR里后面说得挺对的啊,物理学新的突破应该会在非定域性上,而不是其他,或许有一天我们能亲手创立一个全新的理论..?
的话：反正我手中的QFT书中就没有(或者不屑于?)谈论纠缠态啊,非定域之类的东西其实我觉得penrose在RTR里后面说得挺对的啊,物理学新的突破应该会在非定域性上,而不是其他,或许有一天我们能亲手创立一个全新的理论..?翻了一下手头的一本教材，非定域问题以及EPR也是放在最后一章简单介绍一下，还打了星号。。。。。估计大家是想把手头的问题（建立统一场论）先解决了，再来看这些非定域的问题。。。。The great ocean of truth lay before me... all undiscovered...
的话：翻了一下手头的一本教材，非定域问题以及EPR也是放在最后一章简单介绍一下，还打了星号。。。。。估计大家是想把手头的问题（建立统一场论）先解决了，再来看这些非定域的问题。。。。。。难道是张永德的书?现在做弦论啊圈量子啊什么的那些人其实就是在玩数学模型 确实能发现一些新奇有趣的数学结构,但是在他们能否代表我们宇宙的物理这个问题上就是见人见智了..做高能的知道出射什么粒子,有多少质量等等就够了,哪用去管这些粒子纠缠不纠缠这方面的工作应该是量子光学(光子学?)和量子信息的人做得比较多,不过他们貌似也不关心什么"质与力的统一"这样宏大的命题.
当在t&R/c时做出选择时，并没有决定t&R/c时光子的行为，只是决定了光子传播到屏幕上的表现形式（干涉条纹还是衍射条纹）。光子传播到屏幕上让我们观察到干涉还是衍射自然发生在选择之后，所以并没有违反因果律。
不懂的人飘过。只知道即使有悖论，大概也只是在微观层面上吧。以前听说微观状态下存在虫洞，这也是悖论啊。
沒看完 三觀被攻破
一言以蔽之，观测结果的不确定性直接引论得出了过程（楼主的历史）的不确定性。这源于量子力学的基本假定，即态叠加以及不确定性原理，而路径积分得到的传播子中不包含时间，就是说这里并不牵扯到时空，牵涉到的是空间。楼主大概说的是路径的选择不包含时间，而在于我们如何观测，由此引起了我们决定粒子的过去，实际上，由于你并没有和时间的任何相互作用，所以时间与你独立，只有考虑到运动过程的时候才包含了时间上的因果律。 这不过是量子力学众多稀奇古怪推论中的一个，本质上没有意义，而楼上所讨论的非定域倒是突破点，个人觉得应该是破而后立PS：不要被量子力学局限了思维，我们目前唯物论得到的理论的缺陷在于我们还未能看到更本质的现象。
果壳总能不断颠覆我的世界观
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