【新唐人北京时间2021年12月21日讯】大家好，我是扶摇，欢迎和我一起探索未解之谜。
今天要给大家介绍一个物理学中最具诡异的实验之一——双缝干涉实验，它可以颠覆您对宇宙、时空、世界的看法。可能不少理工科的观众朋友会说，这个实验高中课本里就介绍过啊，就是用来证明了光具有波动性的一个实验，有什么特别的呢？别着急，等我把来龙去脉说清楚了，大家再做定论。
光的波粒之争
来到物理学的世界，现代科学之父、英国科学家牛顿（Isaac Newton）就是不得不提的人物了。在《时间是幻觉？！》这期节目中他就曾隆重出场过。人类近代光学体系的研究是在17世纪由牛顿建立的。
牛顿为了研究光学，可以说不顾一切。他曾经连续多日用肉眼直视太阳，观察人的视觉对光的感应。甚至用一根针插入自己的眼睛，压迫眼球，以了解人眼在感光中的作用。这里提醒一下，大家可千万不要模仿这些疯狂的行为啊。牛顿在经过大量的实验之后，提出了他对光的理解，即光是一种物质微粒，总是以直线传播，并会发生反射和折射的现象。
而同一时期，英国另一位科学家胡克（Robert Hooke）则提出了光是一种波的理论。光波理论得到了荷兰物理学家惠更斯（Christiaan Huygens）的支持。
牛顿与惠更斯两位科学家泰斗就光是粒子还是波进行了一场辩论，但是谁也说服不了谁。
牛顿在1704年出版著作《光学》（Opticks），用光的波动理论来解释光的粒子性，而此时惠更斯早已去世多年。没有了反驳的人，加上牛顿在物理学的权威性，因此光是粒子的说法，在之后的一个世纪都占主导地位。直到一个人出现了。
杨氏双缝实验
英国科学家托马斯‧杨（Tomas Young）是一个天才性的人物，他十三岁时，就已能阅读希腊文、拉丁文、希伯来文、意大利文与法文的书籍。十四岁时到剑桥大学旁听，第一天上希腊课时，教课的教授迟到了，杨竟然自己站在讲台上给大家上课。教授来了之后，假装是学生旁听了一会儿，然后对杨提问，最后教授对着全班同学说：“如果我以后迟到，就请杨先生先代替我上课。”杨也被称为“世界上最后一个什么都知道的人”。
而我们今天要说的双缝实验的最初版本，就是由杨发明的，也叫“杨氏双缝实验”。实验具体说来很简单，我们需要一个发光源，一个有两条狭缝的不透明板，以及一个可探测光的探测屏。如果光是粒子，那么大家可以想象出，光通过双缝板之后，应该在探测屏上出现两道竖线。那么如果光是一种波呢？那么就会出现多个竖线的干涉波纹。实验结果大家都知道了，探测屏上出现了干涉波，证明光是一种波。
但是光的波、粒性的争论还没完，因为双方都遇到无法解释的现象。最后，这个谜团还是由科学界的天才人物爱因斯坦（Albert Einstein）给破解了。爱因斯坦借由光电效应理论，证明了光的波粒二象性，也就是说光既是一种粒子，也是一种波。
泰勒的双缝实验
“杨氏双缝实验”采用的是光束，由很多光子组成。为了更好的研究光子的特性，物理学家们开始对“杨氏双缝实验”进行改造。
1909年，英国物理学家杰弗里‧泰勒爵士（Geoffrey Taylor）降低实验光束强度，使得每次只有一个光子发出，一段时间后再去看探测板，他赫然发现探测板上还是出现了干涉条纹。这意味着光子自己和自己发生了干涉，也就是说，一个光子很可能是同时穿过两条缝。这怎么回事？难道光子是孙悟空吗？还会分身？
为了搞明白这个事，科学家们提出了一个想法。能不能在双缝板与探测板之间加上观测仪器，看看每一个光子到底是从左边通过，还是右边通过。这个想法是简单直接，然而实验结果却是让人惊掉下巴。
原来实验结果显示，只要观测仪器打开，光子就老老实实的显示出粒子性，也就是说，探测板上就只能看到两条竖线。而一旦关闭观测仪器，光子的波动性就出现了，干涉条纹又明晃晃地显现在探测板上了。这个实验可以说是屡试不爽。
说到这里，让我想起了中学在学校上晚自习的情景。只要老师不在，大家看小说的、吃东西的、聊天的什么都有，但是老师一进门时，看到的全是埋头苦学的好学生，因为早有眼尖的同学通风报信了。
那么，回到这个改进版双缝实验，难道说光子能知道有没有谁在观察它，然后依此展现不同的特性吗？
惠勒延迟选择实验
物理学家的兴致被光子给调动起来了。1979年，美国理论物理学家惠勒（John Wheeler）提出了一个思想实验，叫惠勒延迟选择实验（Wheeler’s delayed choice experiment）。这个实验是双缝实验的一种变形。
光子发射到半反半透镜BS1上，有50%的概率通过透明部分透射过去，还有50%的概率碰到镀银的部分，发生反射。这个时候，在A、B两处架设好两面镜子，使得光子无论是透射还是反射，最终都会在C点交汇。在C处放置两个探测器，这样可以得知光子是通过了哪个路径，是 A->C，还是B->C。此时，每次发射光子后，只有一个探测器可以探测到光子，也就是光子表现出粒子性，一次只走一条路。
现在开始加码了，如果我们在C点的两个探测器之前，再放一个半反半透镜BS2，并调整BS2的角度，让某一方向，我们这里假设是A点过来的方向吧，让走A->C路径的光子的干涉波被抵消，这样探测器A就什么都看不见了。这时，科学家发现探测仪B上出现了干涉图案。这说明光子同时通过了两条路径，波动性又出来了。
那么这个实验中的“延时”又是什么意思呢？实验设计，第二块半反半透镜BS2不是一开始就放置在那里，而是在光子已通过A点之后再随机设置上。科学家心里打着小算盘：光子你都走了一半了，我突然不观察你了，难道你还能突然由粒子性变成波性？
实验结果如何，估计大家都已经猜到了。只要设置了第二块半反半透镜BS2，探测器B立马出现干涉图案。
看到这里大家是不是觉得挺烧脑的？其实也可以这样理解，在泰勒的双缝实验中，观察仪器要么是开的，要么是关的。而惠勒的实验，相当于，在光子穿过双缝之后，再临时决定开不开观察仪器，准备给光子来个措手不及。不过，每次光子都能迅速反应，及时调整。光子真是躲猫猫高手啊！
实验做了无数次，结果是一样的。估计科学家此时内心是很崩溃的，这用经典物理学没法解释啊。要么说明光子有预见性，能够预测到科学家什么时候要观察它；要么说明光子能够逆转已发生的事情——一旦发现情况有变，赶快回到过去，重新走一遍。
量子擦除实验
这样看来，似乎光子只要自己走的路径被知道了，就会展现出粒子的特性，乖乖地一次走一条路，否则就是波的特性，到处跑。科学家为了验证这一点，继续改进双缝实验，设计出了“量子擦除实验”。这又是什么东西呢？简单地说，将已知的光子路径变成未知。
1982年，物理学者马兰・史库理（Marlan Scully）与凯・德鲁（Kai Drühl）最先提出量子擦除实验的想法，他们表明，假设测得粒子的路径信息，则观察不到干涉图样，但是，假设能够用某种方法擦除路径信息，则干涉图样又可被观察到。科学家们随后设计出了多种“量子擦除实验”，我们这里仅挑一种方法来和大家说一说。
光子是会旋转的，有左旋和右旋，现在实验通过放置“四分之一玻片”（quarter-wave plate）使得从一个缝出来的光子都是左旋的，从另一个缝出来的光子都是右旋的，这时只要在探测板上探测出光子的旋转性，就知道它是从哪条缝过来的，也就知道它的路径了。这样做时，光子不会发生干涉。而如果在探测屏之前加上一个偏光镜，将所有的光子都改变成左旋或者右旋，这样人们就无法得知到底哪个光子通过了哪条缝，也就相当于擦除了光子路径，这时干涉条纹又回来了。
延迟选择量子擦除实验
这还没完，科学家们是和光子杠上了，又设计出了“延迟选择量子擦除实验”。顾名思义，就是把我们前面介绍的“延迟实验”和“量子擦除实验”结合起来。
找一对相互纠缠的光子a和b，然后光子a通过双缝射向探测器a，不对其进行观察。只观察光子b。因为这两个光子是纠缠的，所以观察一个光子，就等于也观察了另一个。光子b则射向一块偏光镜，通过随机调整偏光镜的角度，从而时而保留光子b的路径，时而擦除它的路径。结果发现，光子b的路径被擦除时，光子a在一切条件不变时，也会对应出现干涉。
而这里光子a和光子b的路径不一定是一样长的。什么意思呢？以夸张的方式打个比方，光子a在一纳秒的时间就可以抵达探测器a，而实验者可以通过仪器让光子b经过一年的时间抵达探测器b，这个时候回过头来检测光子a的情况，如果这一年间光子b的路径是不可知的，那么光子a就会显示出干涉。这就太奇怪了，就好像光子a在一年前就知道光子b之后一年的路径。又好似光子b在一年后穿越回去告诉光子a自己的路径有没有暴露。
如果把这个发生在量子世界的奇事拿到宏观世界来说，似乎可以为宿命论提供一些依据，也就是未来要发生的一切，也许在过去的某一点早就全部定好了，一切只是按照写好的剧本在进行着。看似你的人生很长，但是可能在你出生那一刻什么都注定好了。
但同时，光子随观察而改变又可以这样理解，就是人的意识是可以影响到这个世界的，我们对世界不同的观察和回应，能影响这个世界呈现给我们的样子，也在某种程度上改变着未来。中国古籍中记载了很多行善之人改变命运的故事，或许就是这样的。
超心理学的双缝实验
科学家与量子的躲猫猫游戏发展到这里，其它领域的科学家也来凑热闹了。这次出马的是超心理学家迪恩‧雷丁博士（Dean Radin）。雷丁在以加州为基地的思维科学研究所（IONS）担任首席科学家，在此之前，他曾在AT&T贝尔实验室、普林斯顿大学、爱丁堡大学和国际斯坦福研究所（SRI International）任职。
雷丁在2012年发表的论文中描述了自己的实验过程。他找来了137名冥想者，有的人拥有丰富的冥想经验，善于控制自己的意念，而有的人则是偶尔冥想的人，雷丁将他们分成两组。在他们调整身心进入冥想之后，雷丁向他们发出指令，让他们将自己的意念集中到双缝干涉实验仪器上，保持15-30秒，然后再下令转移意念。
实验结果令人震惊。当冥想者将意念集中到双缝干涉实验上时，探测屏上的干涉图像变淡了，表现光子粒子性的两条竖纹图案变得更加清晰。而当冥想者将意念移开时，清晰的干涉图像又出现了。而且，冥想经验丰富的那一组，实验结果更明显，干涉图像消失得更多。为了减少实验误差，雷丁做了250次这样的实验，结果是一致的。
在之后的改进实验中，雷丁还发现，冥想者与双缝实验器材的远近对实验结果影响不大，冥想者的经验、精神集中力等才是关键因素。雷丁的研究成果说明，至少在微观世界，意识是可以改变物质世界的。这么轰动性的事情，怎么大家好像都没怎么听说过，为什么呢？或许是因为雷丁的结论太过挑战唯物论，或许由于雷丁不是物理学家科班出生，且超心理研究还未能被广泛接受，所以目前科学界对雷丁的实验结果持谨慎态度。
不过，咱们还是那句老话，科学没认识和接受的，并不代表不存在，或许只能说明科学还不够发达。就日常生活来说，可能很多人都发现了，同样一件事情的出现，如果以积极的态度对待，事情就会往美好的方向发展，反之则会越来越糟糕。中国古老的智慧中就有“相由心生，境随心转”的说法，这也算“意识改变物质世界”的一种展现吧。
好了，今天就和大家分享到这里。故事有些长，谢谢大家一直坚持看到这里，未解之谜，我是扶摇，我们下期再见啦。
欢迎订阅Youmaker频道：https://www.youmaker.com/c/UnsolvedMystery
订阅频道YouTube频道：https://www.youtube.com/channel/UCzvQZ1p_-AXgAWiyHhE7CxQ
订阅未解之谜Telegram群组：https://t.me/wjzmchannel
【未解之谜】节目组制作
（责任编辑：李红）
