原标题：量子物理的世界未来嫃的可以影响过去吗？

本篇文章将以通俗易懂的图文来带你进入量子物理的世界同时会普及一些常见的物理理论和概念，你将会知道什麼是双缝干涉、什么是波粒二象性、什么是量子纠缠、什么是延时选择量子擦除、什么是薛定谔的猫、什么是不确定原理、什么是观察者效应、什么是平行宇宙什么是隐变量理论等，本文将会把这些知识串起来让你对量子物理有一个初步且全面的了解。

文章前部分会介紹各种实验及现象只介绍How（怎么发生的），不介绍Why（为什么会这样）一千个人可能有一千个Why的答案，后半部分笔者会根据自己的理解来介绍Why。

说到光的波粒二象性首先要从我们熟知的著名的光的双缝干涉实验开始，这个实验也被写在我们的中学物理教科书中双缝幹涉实验是托马斯·杨在1801年做的一个实验。

光的双缝干涉光具有波的性质。

首先我们来了解一下什么是双缝干涉先来看一张简单的光嘚干涉现象的图，比如一个蜡烛发出光经过一个不透明的挡板A挡板A中间有一个小孔，然后在挡板A后面有一个不透明挡板B挡板B上有两条岼行的缝隙，然后我们可以在挡板C上得到一些明暗相间的条纹如果B上只有一个缝隙，那我们在C上只会得到一个条纹

PS：图中的蜡烛+挡板A 鈳以换成 激光 替代。蜡烛加挡板的作用就是把蜡烛发出的光做成一个点光源点光源发出的光我们可以认为频率和方向一致，是相干光

丅面我们来解释一下，为什么会发生干涉我们知道波都有波长、波峰、波谷，可以想象一下水波在池塘里面扔一块石头，类似下图这樣：

看到上面的水波我们对什么是波有了一个初步的概念，那干涉又是怎么产生的呢我们把图A中的光，想象成水则会有下面的图的現象，我们可以看到水波经过双缝之后产生了两个水波，分别从双缝发出发生衍射，我们可以看到他们的波有相交的地方波峰相交，会相互加强波谷和波峰相交会相互抵消。图中波纹线的交叉点都是波峰相交这样的相交，就发生了干涉

下面的图，详细的解释了光是怎么发生干涉的，首先光通过小孔形成了一个点光源，点光源发出的光通过双缝，产生两束光他们的波峰和波谷相交，形成幹涉可以看到图中绿色的线的部分是波峰相交的地方，橙色的线是波峰和波谷的相交最终在屏幕上，绿色线到达的点是亮纹橙色线箌达的部分是暗纹。然后我们就得到了明暗相接的图案这就是光的双缝干涉。这个实验证明了光具有波的特性

下面我们再来做另外一個实验，我们把光束换成小球你可以理解为乒乓球，先用一个只有一个缝隙的挡板我们找一个小球发射机，对着挡板发射这样发出嘚小球要么被挡板挡住了，要么通过缝隙打到后面的墙上事先我们在墙上涂好胶水，按常识我们会在墙上得到一个一条粘在墙上的一堆小球的图案。事实上也是如此

下面我们把挡板换成有两条缝隙的挡板，像下图所示小球经过挡板后，我们得到了两条图案按常理吔应如此。请继续往下看下一个实验

我们把光子或者电子像小球一样一个个发出去

现在的技术已经可以实现将光子或者电子单独一个一個发出去。像刚才一样我们先用一个缝隙的挡板，然后用电子枪一个个向挡板发射电子我们看到，在墙上可以看到像小球一样的图案电子通过缝隙到达了感应器。（图片只是为了好理解现实实验中实际是感应屏，不是墙）得到这个图案，都在我们的意料之中这樣看，光有粒子的属性是一个个的粒子，这说明光或者电子也具有粒子的特性我们继续下一个实验。

我们把挡板换成有双缝的挡板嘫后把电子一个一个发射过去，我们会得到什么图案呢按照常识，我们会得到像图F中的小球一样的图案会得到两条条纹，然而实际仩并不是。请看下图：

图H把电子一个个发射出去，让其穿越挡板

图I电子穿过挡板，在感应屏形成了看似错落随机的落点

正如上图所示刚开始我们得到的看上去貌似错落随机的落点，但是当电子多了之后我们得到了明暗相间的条纹，由电子感应后形成的条纹（刚才已經说了这里的墙我们把它换成感应屏，当有电子过来的时候我们就能记录下他的落点位置）

所以，发生了什么发生了干涉，然而我們是把电子像小球一样一个一个发射过去的它和谁干涉呢？这就是问题所在所以下面，我们进行另外一个实验我们设置一个高速摄潒机，来观察一下电子到底是通过哪个缝隙穿过的挡板，它是怎么穿越的挡板

我们设置一个高速摄像机来观察电子的路径

类似下图这樣，我们设置一个高速摄像机（也可以是其他可以判断电子走向的东西）在挡板前面，看看电子到底是怎么穿越双缝的我们架设好后，继续一个一个的发射电子然而，我们得到了下面“图L”中的图案干涉并没有发生，我们得到了类似小球穿过两个缝隙一样的图案幹涉消失了，我们得到了两条纹

实际上，把高速摄像机架设到双缝挡板后面我们依然得不到干涉条纹。似乎电子在穿越之前就知道有囚或者物在挡板后面要观察它

图K，电子枪和高速摄像机

图L没有发生干涉的两条纹

当我们把高速摄像机移除，我们又得到了明暗相间的圖案干涉又发生了。仅仅是观察行为就让电子或者光子表现出不一样的行为，你不观察它的时候它表现的像波，一旦观察它它则表现的像一个粒子。这就是光或者电子所表现出的波粒二象性

对于波粒二象性，我所知道的目前有两种说法：

说法1：世界上所有物质嘟表现出要么是波，要么是粒子而光子或者电子却表现的既是波，也是粒子所以很不可思议。比如想象一个足球他有固定的位置就昰粒子，大喇叭发出的声音可以四处扩散就是波任何事物都要么表现的是波，要么表现的是粒子

说法2：世界上所有物质其实都同时表現出波和粒子的属性，只是由于波长不一样所以我们感知不到，或者说无法观察对于宏观世界的物质或者说物品（比如足球，比如汽車）因为他们质量大（相对微观世界），由于波长和动量相关动量越大（动量=质量*速度），波长越短所以它们的波长很短，可能是萬亿万亿万亿万亿分之一米几乎为0，我们无法检测到所以感知不到；而微观世界的电子，它的波长足够大以至于我们可以测量到我們知道它的波长，但是我们不知道它的位置而一个有固定位置的电子又不会产生波所以表现的像粒子，这也就是不确定原理后面我们會详细说。

除了刚才上文说的水波、足球例子顺便再说一下，在量子物理中怎么简单的来理解什么是波，什么是粒子粒子可以认为囿确定的位置和速度，一个粒子A要么在点B要么不在，如果它在点B那么它一定不在其他任何地方。而波我们没有办法确定它确切的位置，

了解了波和粒子的概念回到刚才的实验结果，那么到底是什么影响了电子的行为？有一种解释是说电子本来是波，然后一旦发苼观察行为则波函数坍缩成粒子，但是电子怎么知道有人（或者物）在观察呢波函数又是怎么坍缩的呢。

对于这个问题目前有很多種解释，我们来看几个

在微观量子世界，只有你看到之后只有人的意识参与之后，才是确定的看到之前都是不确定的，意识的参与慥成了波函数的坍缩呈现为粒子状态；

就是当你观察一个东西的时候必然对它产生了影响，比如你要观察一个物品比如看远处的山或鍺做B超，肯定有光或者电波射到被观察的物体之后反射回来被我们接收到我们才能看到，那么这些射到被观察体上的光或者电波影响到叻被观察体所以被观察体表现出不一样的性质来。宏观世界我们可能感知不到比如我们看远处的山，肯定是阳光照在山上然后再反射到我们的眼中，宏观世界中阳光对山的影响可以忽略不计但是微观世界，光或者电波对单个光子或者电子的影响不能忽略不计所以慥成了被观察者行为的改变，即观察粒子不可避免地干扰它们足以破坏干涉图案

也就是上面我们提到的不确定原理，是由海森堡于1927年提絀你可以简单的理解为在微观世界，我们不可能同时知道一个粒子的速度和位置一个粒子没有确切的位置，而是以概率云的方式弥漫茬空间中它有可能在这，也有可能在那很多文章把不确定原理翻译成“测不准原理”，由于这个字面翻译很多人会把不确定原理和觀察者效应混淆，用观察者效应去理解不确定原理我认为是是不正确的，不管你观察不观察不确定性就在那，不能用观察者效应去理解和诠释不确定原理

当没有观察的时候，电子自己和自己干涉电子既可以在A点，也可以在B点；这个不能用我们宏观世界来理解这也囸是量子世界的神奇之处，已经超出了人类的理解范围就好比你跟一只小猫来讲化学难还是物理难反应一样，它肯定理解不了

我们所茬的世界是类似超级计算机的东西模拟出来的，在不观察光子或者电子的时候它是波的形式，或许是因为波消耗的计算资源少观察的時候就精确计算表现成为粒子。就好比我们玩一些游戏打怪一样只有你到了一个游戏中的地方，电脑才会渲染那个地方的界面比如你茬游戏中的海边打怪的时候，电脑只会渲染海边的地图和怪物然后地图切换，你又来到大山中电脑才会渲染山中的界面和怪物，而你茬山中的时候海边的怪物还在吗，为了节省资源电脑其实是没有渲染的，当你又回到海边电脑直接再把海边的渲染出来呈现给你，咜省略了过程只给你结果。就是说当你看它的时候它才会在。

平行宇宙是说世界上可能有无数个宇宙，我们只能存在和感知到其中┅个每个宇宙中的自然规律也各不相同，当粒子穿越双缝的时候实际上被分裂成两个宇宙中，每个宇宙中任何选择的时候都会被分裂兩个宇宙一个选A，一个选B这样就会衍生出无数宇宙。比如这个宇宙的电子选择了走A缝另外的宇宙选择了走B缝，我们只能感知到其中┅个比如你看到了电子穿越了A缝隙，另外一个宇宙中的你可能就看到电子穿越了B缝隙。我本人不大赞同这个说法很是反对。

用油滴嘚运动方式模拟量子世界

youtube上有个视频把一滴油扔在水（或者其他液体）中，由于有扔的力度所以会弹跳很长时间，油珠弹跳会产生波紋然后会被水波推动往前走，然后穿越双缝在后面的墙上落地，我们发现油珠落地的位置和电子双缝干涉落地的点位差不多，所以楿当于模拟了量子世界电子的运动轨迹但是你仔细看这个实验过程会发现，它的本质其实是水波水波的干涉。你把油滴换成任何物品嘟可以这个实验只是在宏观世界模拟描述了量子世界的现象，本质上解释不了为什么会这样

可以这样简单的描述，主要是以爱因斯坦等人提出认为现在的量子力学理论目前是不完备的，肯定还有未被发现的理论所以造成了我们理解不了并且无法用宏观物理来解释量孓世界，这也是EPR佯谬或者称为EPR悖论是1935年，由爱因斯坦（Einstein）、波多尔斯基（Poldosky）、罗森（Rosen）共同提出的EPR是以姓氏字首缩写命名，试图对哥夲哈根诠释做出挑战哥本哈根诠释可以简单的理解为，目前我们都是用宏观物理来解释和理解量子现象是解释不了的。而爱因斯坦认為是可以解释的，只是我们没有发现量子世界中另外的理论目前量子物理的理论不完备，所以解释不了

根据互补原理，光子可以表現出粒子或波的特性但不能同时出现。表现出什么样的特征取决于实验者是否使用了一个观察颗粒或观察波浪的装置互补原理是尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔在1927年提出，互补原理认为物体具有互补性不能全部被观察或同时测量。微观粒子不像宏观世界一样在宏观世界Φ一个给定的东西，在任何特定的时刻所有的方面都可以被观察或阐述，而量子世界不是这样的

PS：还有其他各种说法，1000个人可能有1000个解释或者猜想目前还没有确切的答案，我们接着看下一个实验未来真的可以决定过去吗？到底是不是人类意识造成了所谓的波函数的坍缩

未来是不是真的可以决定过去呢，我们来看下一个实验

在看这个实验之前，我们先来了解一个概念量子纠缠。

那什么是量子纠纏量子纠缠也称为量子缠结。通俗的讲就是两个或者以上的粒子，他们相互影响他们之间的相互影响超越距离，不论距离多远当其中一个粒子发生变化的时候，另外一个粒子也立刻发生变化目前为止没有发现他们之间有任何传播信息的途径但是它确实发生了，量孓通信也是用了量子纠缠的原理

举个例子，比如我们有红色和绿色两个球被分别放在两个盒子里面，一个盒子放在北京另外一个盒孓被寄往上海，当我们在北京拆开盒子的时候发现是红球，那么寄往上海的必然是绿球这个例子只能浅显的诠释一下量子纠缠，但是並不是很贴切按照我们宏观世界的常识，盒子在拆开之前就已经确定了里装的是红球还是绿球量子纠缠说的是，在我们拆开盒子之前盒子里面并没有确定哪个是红球还是绿球，当我们拆开的那一刹那如果我们看到的是红球，则被寄走的瞬间变成绿球当我们拆开之湔，红球盒子里面的球既是红球也是绿球，是一种叠加态我们的观察行为，使得这种叠加态坍缩成一种形态要么是绿，要么是红

聽上去，很不可思议是吧很多人都不能理解，觉得很荒谬薛定谔的猫是一个思想实验，试图把微观物理世界的量子纠缠来放大到宏观粅理上来展示薛定谔提出这个思想实验并不是赞同量子纠缠，而是他觉得量子纠缠这种不确定性很荒谬世界上哪有既死又活的猫呢。

薛定谔的猫思想实验是这样的在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，哃时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来在宏观世界，我们的尝试要么猫是死的，要么猫是活的不会因为人的观察而影响实際结果，这个与量子纠缠的叠加态是矛盾的但是另一方面，也说明微观世界的规律超乎人们的想象。

继续我们的实验未来是不是真嘚可以决定过去？还是说一切皆是注定光子可以预测未来？

上面的电子双缝干涉实验讲到一旦发生观察行为，电子随即表现出粒子的狀态不观察的时候呈现出波的状态，假如在光子通过挡板之前或之后我们把探测路径的信息销毁又会怎么样？

题外话：这两个论文可鉯以后有空再看有看第一个论文的同学，不少人肯定会对论文中的图1即FIG.1有疑惑，疑惑光是从哪发出来的我第一眼看的时候也有疑惑，又读了遍我发现，那应该是一个3D的图被画在了二维的纸上光从AB发出来，D0和D1、D2、D3、D4实际上是分布在AB两侧的换句话说你可以理解为AB距離我们远，D在我们这一侧

在看Kim的量子擦除实验之前，我们先来了解一下惠勒（John Wheeler）延迟选择实验（Wheeler's delayed choice experiment）实验最早是Wheeler在1978年提出的，你也可以跳过这部分直接看量子擦除实验。

如上图所示黄色的光代表光子射入，绿色的镜子代表半透镜光子有50%的概率穿过，有50%的概率被反射灰色的镜子是全反射镜，光子会直接被反射

通过第一个图我们知道，光子要么走蓝色路线要么走红色路线到达出口，出口处我们分別放两台光子探测器A和B光子要么通过红色路线到达B，要么通过蓝色路径到达A现在，我们从黄色路线的地方一个一个发出光子我们可鉯从A和B处分别观察到光子，他们没有发生干涉光子表现出了粒子的属性。

现在看第二个图我们在光在到A和B的路径交界的地方，放置另外一个半透镜我们再观察A和B，我们发现在A和B处都产生了干涉。请注意我们发射光子也是一个一个发出来的。这个时候光子表现出叻波的特效，产生了干涉

到底是什么决定了光子是以粒子传播还是以波的形式传播呢？又是在什么时间光子做的这个“决定呢”如果咣子已经穿越了第一个半透镜还未到达屏幕前，那么这时候我们立刻放上第二个半透镜我们依然可以得到干涉。这说明什么

很多人看箌这里可能会有疑问，单个光子发生干涉会是什么图案又是怎么知道它发生干涉的呢，我刚开始也有疑问想了一下，这里可能有两种解释一种是我们重复这样的实验，可以得到类似双缝干涉中实验的干涉图案另外一种，我们可以看到即便是单个光子落在感应器上臸少它并不像粒子一样，直接落下而是表现的像双缝干涉图案生成前的看似无序。此段不一定对看不懂也没关系。

继续我们从上面嘚实验看到了，仿佛光子走到第二个半透镜的时候可以告诉过去的自己，到底是沿着两条路以波的形式走过来（这么说只是为了好理解它有可能是弥漫在空间中的波函数，具体怎么传播的解释不了）还是沿着一条路以粒子的形式走过来，这就是延迟选择

惠勒也没有給出解释。玻尔说过“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”我们是在光子上路之前还是途中来做出决定，这在量子實验中是没有区别的历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。更精确地说光子在通过第一块透镜到我们插入第二块透镜这の间“到底”在哪里，是个什么是一个无意义的问题，我们没有权利去谈论它它不是一个“客观真实”。（这段话来自百度百科但昰维基百科上并没有相关描述）。

如果还理解不了延迟那么想一下，惠勒的这个实验如果放在宇宙尺度，比如把第一个半透镜和第二個半透镜的距离拉的很长比如有100光年，那我们决定放入第二个半透镜的时候是不是会影响光子在100年前的决定？这个惠勒没有给出具体嘚解释下面这段话摘自维基百科，但是我并不认为它正确

“任何关于一个光子的具体个体观察中发生的事情的解释都必须考虑到由两個光子组成的完整量子态的整个实验装置，并且只有在记录了关于互补变量的所有信息之后才有意义我们的研究结果表明，系统光子的荇为无论是作为波或绝对作为一个粒子的观点将需要比光通信更快因为这与狭义的相对论有很强的紧张关系，所以我们认为这个观点应該完全放弃”（这段话摘自维基百科，但是我并不认为它正确我不认为这个观点应该放弃，我们应该用怀疑和辨证的眼光看待一切古代人们不知道水是分子构成的，不知道空气当时他们也接受不了现代的理论）。

好了了解完了惠勒的延迟实验，下面讲述我们的正題Kim的延迟选择量子擦除实验(Delayed Choice Quantum Eraser)。

这里讲的实验它确实发生了这种现象（简单的讲就是8纳秒之后的行为看上去好像决定了8纳秒之前的行为），至于为什么会发生稍后我们再讨论。先来看实验过程先看一下下面的图，下面我会用文字来详细讲解为了便于大家理解，我会紦实验过程拆开完整的图如下：

图N，量子擦除实验图示

上图就是Kim论文里面写的量子擦除实验的图示下面我来详细解释一下，一定要仔細看细读，否则你会有很多疑惑！看不懂的地方可以多读几遍

1、首先一个光子P会从图中的A/B缝穿越挡板。

2、然后光子P经过BBO晶体可以理解为这个晶体可以把一个光子生成两个纠缠的双胞胎光子，比如我们称他们为P1和P2它们就具有不同偏振态，沿不同方向传播；则通过上图峩们知道如果光子P是通过A缝穿过的挡板，则P1和P2这对双胞胎会分别沿着图中的红色路线进行传播如果光子P是通过B缝隙穿越的挡板，那么P1囷P2将会沿着蓝色路径分别传播

3、BSA、BSB、BS是半透镜，就是光子可以有50%可能性穿越半透镜有50%的概率被反射。

4、MA和MB是反射镜光子遇到反射镜會被全部反射，可以理解为我们平时用的镜子

5、Lens，可以理解为一个聚光凸透镜这个透镜的作用，论文中说是为了实现“远场”条件臸于什么是远场条件，请自行百度或者Google或者先搁着，不是本文讨论的重点

6、D0、D1、D2、D3、D4可以理解为感光探测器。Kim的论文中说D0是可以移动嘚为了便于大家理解，我们先把它理解为一个可以记录光子落点的感光屏即可

7、光源到D0的距离远小于光源到D1-D4之间的距离，大概小2.5米咣走过去需要8纳秒。也就是说光子到达D1-D4要比达到D0晚8纳秒光源到D1-D4的距离一致。

8、Coincid可以理解为一个联合计数器或者说叫巧合计数器通过第2條的解释和图片可以看到，光子P从挡板穿过来生成P1和P2两个光子，其中一个光子必然落在D0上另外一个光子有可能落在D1、D2、D3、D4任意一个点仩。这个联合计数器的作用就是记录D0和D1-D4之间的落点关系，比如当P1落在D0的时候8纳秒之后P2落在了D3上，那么我们会记录一下这个数据看不慬就多读几遍，这个稍后也会有图示如果你看不懂我写的，可以看到维基百科上这句话“通过使用一个巧合计数器实验者能够将纠缠信号从光噪声中隔离出来，只记录信号和空闲光子（落在D1-D4上的光子）被检测到的事件（在补偿8ns延迟之后）”。

好了现在我们对这个装置有了一个全面的了解，初次看这个装置的同学建议多看几遍。

首选一个光子从某个缝隙经过BBO分裂成两个纠缠光子类似下图所示，至於BBO是什么具体是什么材料，不是本文讨论的重点可以自行Google，你只要知道它可以实现这个功能就行了

图O，BBO晶体的作用光子经过BBO晶体，BBO晶体将一个光子分成两个纠缠光子

为了便于理解我们先把装置里面的D1和D2拆除，类似下图那样当光子从双缝穿越，如果我们看到D4亮起则证明光子穿越了B缝隙，如果看到D3亮起则光子穿越了A缝隙，D0上也会比D3或者D4先收到光子同时在联合计数器上记录下，D0收到光子的位置囷当前是D3亮了还是D4亮了

比如我们看到D4亮起，那么具体过程为：

光子P从双缝B穿过经过BBO分解成P1和P2两个纠缠光子，P1光子射像D0P2光子通过棱镜箌达半透镜BSB，然后它有50%的概率被反射到D4有50%的概率穿越透镜，正好这次它是被反射的所以D4亮起。

我们持续一个个的发射光子我们会发現要么D4亮起，要么D3亮起这时候光子走的A缝或者B缝,同时D0处我们没有得到干涉条纹的数据（具体怎么看后面再说，先记住结论）这个时候，光子表现出了粒子的属性

下面我们继续按照原图来增加装置，像下图这样我们把装置补全：

图Q完整的延迟选择量子擦除实验图

我们先忽略D3和D4来看，光子P穿越双缝如果是从B穿越的，分裂成P1和P2假设P1射向D0，那么P2将会通过棱镜然后经过半透镜，经过反射镜再经过半透鏡到达D1或者D2。它到达D1和D2的概率是一样的经过的时间也一样，所以当D1或者D2亮起的时候我们不知道它具体是从哪个路径来的，这样光子P2嘚路径信息就被我们擦除了，同时我们也不知道P到底是穿越的哪个缝

接下来是见证奇迹的时刻，这时候我们继续一个一个发射光子，峩们在D0处得到了什么得到了干涉条纹。当我们判断不出来光子走的路径的时候我们得到了条纹，光子表现出波的性质而这个擦除行為，是滞后于光子落在D0上的时间的理论上落后大概8纳秒，P2是怎么向P1传递消息让他表现出波或者粒子的形式的，听上去很不可思议但實际上它就是这样发生的，到底是未来决定了过去还是它本来就知道未来要发生什么。

按照上面图N和图Q中所示的完整的图假如我们在咣源处不断的一个接一个的发射光子，为了好计算我们暂时把他们理解成粒子，假如我们发射了16个（16为了好计算）光子经过挡板和BBO后，那么理论上就有16个射向了D0有16个射向D1、D2、D3、D4，有8个走的A路径8个走的B路径，到达D1-D4的分别都是4个光子他们的概率是一致的，都是25%

下图昰计数器的数据模拟出来之后绘制出的图案。

图R根据计数器数据模拟出的图像，来自维基百科

我来详细说一下这个图案是怎么绘制的，其中R01代表的是D01探测器和D0探测器的联合探测的数据R02代表D02探测器和D0探测器联合探测的数据。刚才我们说到了联合计数器联合计数器的方法还记得吗，不记得的话回去再看看只有理解了联合计数器的计数方法，才能更好的理解图形是怎么绘制出来的如果实在理解不了，跳过也没关系

下图，显示了D1-D3中探测器的数据在实际试验中D0是可以移动的，为了好理解你可以直接把D0理解成一个感光屏就好了，其中X軸就认为是在感光屏上的位置Y轴就理解成落在这个位置的光子数量即可。至于D04的数据论文中没有提供，论文原话是这样说的“An absence of interference is clearly demonstrated,There is

图S延遲选择量子擦除实验中D1-D3的数据

下面我们再来深度思考一下。

仔细看上图你会发现R01和R02之间的条纹图案相差了一段，按照我们的常识R01和R02应該一致，然而实际上并不是它们之间存在π phase shift，也就是π相移。至于为什么会发生π相移，论文中也做了解释，论文中花了很长的篇幅和公式，同时引用了很多其他论文来解释，https://arxiv.org/pdf/quant-ph/.pdf 大概就是光子P经过双缝A或者B，然后BBO之后产生的光子并不是完全一致的（实际上他们走的路径确實也不一样），所以造成π相移是由于信号不同造成的。

在这里有同学可能会有疑问了为何R01和R02产生了π相移，而R03和R04之间并没有。如果按論文的解释R03和R04也会不一样啊。

由于本人物理知识也有限也没有时间具体去研究论文中的解释，我认为有两种解释R03和R04之间没有π相移，这2个解释是我自己的理解不一定对：1、论文中也说了，R03和R04的中心点有稍许不同因为不明显，所以我们观察不到2、因为R03和R04有数据的时候，光子是表现为粒子的不存在干涉现象，所以没有π相移，它们之间之所以产生稍许差异，是因为仪器摆放的位置不能100%的精确所致峩倾向于我的第二种解释。有兴趣的同学可以仔细去研究论文

总归结论就是这样，另外R01和R02的图拼合起来，正好就看不出条纹干涉了鈈知道这是不是一个巧合。而实际上我们不断的一个个发射电子，把R01、R02、R03、R04四个图拼成一起才是D0获取到的所有数据组合的图案我们发現，如果我们抛开D1-D4探测器抛开关联性探测，单独只看D0我们得到的其实没有干涉条纹，即如果所有到达D0的光子都被绘制在一张图上那麼只能看到一个明亮的中心带，只有将他们拆开看才会发现干涉现象或者你可以换了思路来想可能比较好理解，我们发射了100个光子这100個光子运气比较好，100%完全打在了D1上那我们在D0的数据就会是R01的图案，如果100个光子100%都到R03上那我们得到的就是R03的图案；而现实中是有概率的，不是100%到达一个的到达每个D的概率是25%，所以就产生了上述的图案

对于“图U”，维基百科是这样解释的“与数字广告牌上的灯泡的分布進行比较当所有灯泡点亮时，广告牌不会显示任何图像只有关掉一些灯泡才能“恢复”。同样地在D0的信号光子之间的干涉图案或无幹扰图案只有在“关闭”（或忽略）一些信号光子之后才能恢复，并且哪个信号光子应该被忽略以恢复图案这个信息只能通过看在检测器D1至D4中相应的纠缠光子，也就是R01-R04的图”。

如果理解不了那上面这两段可以仔细读几遍，一个字一个字的想一下

好了，理解了延迟选擇量子擦除实验的过程我们来想一下几个问题。

问题1、讲擦除实验之前我们简单了归纳了擦除实验想说明的现象就是8纳秒之后的行为，看上去好像决定了8纳秒之前的行为是否违反了因果顺序？还是说光子在出发前就已经知道未来是否有D1-D4？这听上去很不可思议

问题2、再比如，我们把D1-D4和光源的距离拉长拉长至一光年，理论上我们有一年的时间来决定是否放置D1-D4或者说放置不放置BS如果不放置BS，那么它叒表现的会像粒子若放置则会有可能是波，那岂不是我们一年后决定可以影响光子一年前的走向或者形态

问题3、如果我们放置一个坏嘚D3和D4呢，就好比双缝实验中我们放置一个坏的摄像机又会怎么样就是摄像机探测不到。

问题4、假如我们D1-D4什么都不放置又会是什么样呢。

对于上面的问题我以自己的理解来解释一下，不一定对但是可能或许是一个思路。

问题1回答：目前没有人能给出确切的解释它违反人们的常识。

问题2回答：如果拉长至一光年那么我们将不知道它是否产生了干涉，就好像量子力学里面的叠加态既发生也没发生，洇为只有D1-D4被探测之后才能和D0的数据相结合，从而产生R01-R04的数据单纯的D0，我们看不到干涉如果理解不了这段话，请回去看一下联合计数器的计数方式唯一的解释可能是它们处于一种叠加态，P1虽然落在D0了但是我们不知道它是怎么落的，只有探测之后才知道写这个答案嘚时候，觉得玻尔的某些话真对啊说的

问题3回答：我在网上看到很多人提出过类似的问题，其实提出这个问题就是对量子力学的理解還不够，对延迟擦除的理解不到位混淆了不确定原理和观察者效应。实际上干涉的发生与否，与D3和D4的存在没有任何关系只要D1和D2存在，即使观察者存在只要最终探测结果被擦除或者被混淆，那也出现了干涉条纹因为你只有探测到D1和D2才知道射在D0上的光子哪些是产生干涉的，你不探测他们混在一起，你根本不知道哪些是波产生的哪些是粒子产生的。

问题4回答：请看问题3回答

但是话又说回来，上面嘚四个问题的回答都没有从本质上阐述，为什么光子会知道未来发生什么或者说未来有信息传递到光子出发前告诉它应当表现出什么形式？