量子力学现实中的奥妙:三支鸽子放进两个鸽笼,如何做到一鸽一笼?
桑杜波佩斯库是英国布里斯托大学的物理教授,他发现了惊人的实验结果,未来或许会回到过去,影响过去。桑杜波佩斯库跟同事研究基础数学的时候想到一个点子,当时他们研究的是鸽笼原理。如果把三支鸽子放进两个鸽笼,肯定会有两支鸽子挤在一个鸽笼,这是常识。若要把三支鸽子放进两个鸽笼,其中有两支必定要在一起。但如果把这些鸽子缩小到原子那么小,它们就会遵循量子力学的奇怪规则,三支鸽子就能放进两个鸽笼,而且还可以一鸽一笼。
这种怪事的确有可能发生,因为微乎其微的量子物体,并没有固定的位置。一般来说,量子粒子的行为跟我们日常看到的物体非常不同。比如说,原子可以同时出现在好几个地方。桑杜波佩斯库曾经思考过要怎么让粒子各有各的空间,而每当这时他就发现非比寻常的结果,未来的资讯可以回到过去。桑杜波佩斯库在研究微观粒子时,实验的结果并非从一开始就决定了,因此未来的确有可能影响过去。
为了探索这种奇妙的情形,桑杜波佩斯库设计了一项实验,他每次把三个电子射进菱形的仪器,仪器有两条路,一条往左,一条往右,然后再第二个交叉口会合,这两条路就等于两个鸽笼。
为了了解桑杜波佩斯库是怎么研究这三个电子,我们可以把电子想成带着帽子的鸽子玩偶,有三支鸽子和两个鸽笼,也就是左边的路各右边的路,至少有两支鸽子走同一条路。两条道路很窄,光是两支鸽子进去就会很挤。因为很挤的关系,就会互相碰撞。因为这些鸽子代表量子粒子,所以桑杜波佩斯库不能直接观察通过的过程,否则他会干扰到粒子的运动,实验就泡汤了。
所以实验必须在黑暗中进行。然而桑杜波佩斯库有办法知道鸽子有没有挤一条路,又不必干扰鸽子的运动。只需要在出口等着,看鸽子的帽子有没有掉,有掉就表示有碰撞,就跟量子世界的常态一样。每次实验的结果都不同,桑杜波佩斯库用同样的方式发射三个粒子,有时帽子会掉,有时不会掉。但是这项实验有个地方似乎违背了量子力学的随机性。从同一条路出来的两支鸽子,帽子都不会掉,这两支鸽子肯定是走同一条路,但神奇的是鸽子没有相互碰撞。但如果桑杜波佩斯库在交叉口之前观察鸽子,就会有不一样的结果,有时三支鸽子都带着帽子,有时会有两支鸽子掉了帽子。
如果在交叉口之前观察鸽子,就有两种可能,一种是帽子有掉,一种是帽子没掉。但如果在交叉口之后观察鸽子,其中一种可能性就会消失,问题是为何决定在哪里观察会让先前其中一种可能消失?
桑杜波佩斯库认为最合理的解释就是未来的资讯会穿越时空回到过去。鸽子还在路上的时候似乎就已经知道桑杜波佩斯库会先等等,到出口才观察它们,所以它们就不会互相碰撞。尽管这听起来非常神奇,但还是需要推论未来很有可能会影响到过去。