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我们能穿越时间改变过去吗?

2018-03-13  |  火星一号 原创 收藏(63)  | 

谁没有对过去所做的事情感到后悔?如果我们可以回头改变那些糟糕的决定,难道不好吗?在某种程度上,我们会认为这听起来就像科幻作品的情节。

物理定律的存在使得我们不可能回到过去。如果我们确实回到了过去并且改变了事态的发展,那么我们将会改变历史的进程。一个经常被引用的例子就是“祖父悖论”:如果有人回到过去,在他的祖父还是小孩的时候就杀死了他,他就不会遇到祖母。那这个人的父亲和这个人也就不会存在,又怎会有上述的时间穿越呢?

那部非常引人入胜的加拿大电视剧——《穿越者》(Travelers)就是一个很经典的例子:在遥远的未来,地球一片混乱,人工智能控制了人类。仅存的人类把未来人类的意识“发送”到21世纪的人类脑中,借助他们的身体来拯救未来人类。这个想法就是,来自于未来的旅行者会掌控21世纪将死之人的意识。虽然关于穿越者和21世纪宿主的意识之间的量子纠缠尚有不清楚的地方,但这是次要的。这个节目的重点是,穿越者回到过去并尝试改变历史的进程,使未来变得更好。

暂时将人类或者意识回到过去这两个问题搁置不谈,科学界会有类似的东西吗?令人惊讶的是,答案是:有。在量子粒子的层面上,也就是单个光子、基本粒子或单个原子的层面上,有一个被称为惠勒延迟选择实验,表明现在的行为可以影响过去。

这些实验使用了粒子的波粒二象性,量子物体的物理性质在被测量之前是不确定的。换句话说,这意味着根据测量设备的不同,光子或其他粒子可以表现为波,或粒子。长期以来,关于量子物理学本质的讨论一直在继续,物理学家试图弄清楚这意味着什么。我们的思维是否决定了物理现实的本质?

最终,惠勒延迟选择实验被证实。如果在20世纪70年代提出这种实验的物理学家约翰?惠勒看到了目前的结果,那么他对此会感到很惊讶。这样看起来,现在似乎是可以影响过去的,至少在量子物体的层面上。

上图解释了这个原理。想象一下,如果有一个光子来源,光子可以穿过双缝,而双缝背后有一个接收屏。如果光子撞击接收屏,那么,实验者会观察到明暗条纹的干涉图样,这是典型的波。如果移走接收屏,并让光子计数器与狭缝对齐,那么光子将像小子弹或者粒子一样,会碰到其中一个或另一个。这个实验表明,进行实验的人确定了粒子的物理性质,即它是波还是粒子,物理学家理查德?费曼将此称之为“无法消失之谜”。

此外,再来想象一下这个实验的仪器,假如在光子穿过狭缝之后才决定是否放置接收屏,结果会怎样?在2007年,法国的一个实验团队正是这样做的:让一个光子通过一个双缝,然后在光子通过后,随机发生器会选择屏幕是否会在那里监测。正如惠勒所写的那样:“因此,光子在穿过双缝后,将会选择是通过一条路线还是同时通过两条路线。”从那以后,许多其他研究团队进行了更加精准的实验,都证实了惠勒的直觉是正确的。

一个重要的细节是,探测仪器的切换必须比光子到达那里的速度更快。这样,光子就无法“知道”该做什么,假如一个光子是无所不知的话。去年10月份的一项实验将光子行程范围扩大到约3500公里,光子似乎总是会选择与延迟选择实验一致的路径。这就好比马在门外跑了3500公里,它仍然可以等到达终点线才决定跑哪场比赛。也就是说,可以在终点线前才选择哪一条路到达终点。

当然,光子与人类不同。特别是随着物体越来越大,一直进行量子叠加是非常困难的。尽管如此,这样的路径选择还是令人感到惊讶和神秘,物体选择的空间路径似乎不受时间影响。这就好像两种选择(波或者粒子)在时间上被暂停,只有在空间布置被确定后才决定往哪条路通行。难怪惠勒喜欢把这样的想法称为“参与式宇宙”,也就是说,我们的思维与时间和空间中特定的结构紧密相连。毕竟,设备的选择可能是由随机数产生的,但是设备和数据的解释需要我们的意图和设计。

不幸的是,这些实验很少涉及我们如何在与人类规模相关的事件中干扰过去。我们现在最好仔细斟酌我们的决定,而不是等事后再试图解决,想着回到过去改变自己糟糕的决定。

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