不同构型

Distinct Configurations

上一篇文章中的实验带来了两条关键教训:

第一,我们看到,由于振幅流可以彼此抵消,而我们那个关于模长平方的神奇测度又不是线性的,所以构型的同一性是被钉死的——你不能像重新分组可能世界那样去重新组织构型。哪些构型相同,哪些构型不同,具有实验后果;这是一个可观察的事实。

第二,我们看到,构型讨论的是多个粒子。如果有两个光子进入装置,这并不意味着有两个初始构型。相反,初始构型的身份是“两个光子正在进入”。(理想情况下,我们所讨论的每个构型都应当包含实验中的每一个粒子——包括构成镜子和探测器的粒子。而在真实宇宙中,每个构型都关乎所有粒子……到处的所有粒子。)

决定构型彼此不同的,不是不同的粒子。每个构型都关乎每一个粒子。让构型不同的,是粒子占据了不同的位置——至少有一个粒子处于不同状态。

来看一个重要演示……

图示:一个光子源、两块半透镜、两块全反镜、两个探测器,以及一个灵敏小装置

图 1

图 1 与《构型与振幅》中的图 2 是同一个实验,只做了一个重要改动:在 AC 之间放入了一个灵敏小装置 SS 的关键属性是:如果有光子经过 S,那么 S 最终会进入一个略有不同的状态。

我们假设 S 的两种可能状态是 YesNo。灵敏小装置 S 起始于 No 状态;如果有光子经过,它最终就会进入 Yes 状态。

那么初始构型就是:

“光子正朝着 A 前进;并且 S 处于 No 状态”,(−1 + 0i)。

接下来,是 A 处半透镜的作用。在这个实验的前一个版本中,没有灵敏小装置时,产生的两个结果构型分别是振幅为 −i 的“AB”,以及振幅为 −1 的“AC”。但现在,系统中引入了一个新元素,而所有构型都关乎所有粒子,因此每个构型现在都要提到这个新元素。所以,从初始构型流出的振幅现在通向:

“光子从 AB;并且 S 处于 No 状态”,(0 − i

“光子从 AC;并且 S 处于 Yes 状态”,(−1 + 0i)。

接下来,是 BC 处全反镜的作用:

“光子从 BD;并且 S 处于 No 状态”,(1 + 0i

“光子从 CD;并且 S 处于 Yes 状态”,(0 − i)。

然后,是 D 处半透镜对来自以上两个构型的振幅流的作用:

  1. “光子从 DE;并且 S 处于 No 状态”,(0 + i

  2. “光子从 DF;并且 S 处于 No 状态”,(1 + 0i

  3. “光子从 DE;并且 S 处于 Yes 状态”,(0 − i

  4. “光子从 DF;并且 S 处于 Yes 状态”,(1 + 0i)。

在没有灵敏小装置时做这个实验时,流向“DE”构型的两股振幅流(1)和(3),也就是(0 + i)与(0 − i),会彼此抵消。这样我们就不会剩下任何让光子前往探测器 1 的振幅(在实验层面上,我们永远观察不到光子击中探测器 1)。

但在这里,两股振幅流(1)和(3)现在流向的是不同构型;在(1)和(3)之间,至少有一个实体 S 处于不同状态。因此,这些振幅不会相互抵消。

当我们把那个神奇的模长平方比率探测器挥向这四个最终构型时,会发现它们的模长平方全都相等:各有 25% 的概率。在现实世界层面,我们会发现光子击中探测器 1 和探测器 2 的几率相等。

以上所有结论都成立,即使我们这些研究者并不关心 S 的状态。与可能世界不同,构型不能随心所欲地重新分组。是物理学的定律在说这两个构型不同;这不是我们怎样才能最方便地切分世界的问题。

以上所有结论都成立,即使我们压根不去看 S 的状态。构型(1)和(3)在物理上依然不同,即便我们不知道这个区别。

以上所有结论都成立,即使我们不知道 S 的存在。构型(1)和(3)依然不同,不管我们是否对这两种可能性有不同的心智表征

以上所有结论都成立,即使我们身处太空,而 S 会根据那枚目标光子是否经过它,把另一枚新光子朝着星际虚空中的两个不同方向之一发射出去。这样一来,我们就永远无法知道 S 曾经处于 Yes 还是 NoS 的状态会体现在那枚飞向无处可寻之地的光子上。那枚失落的光子可以是一个被蕴含的不可见之物,而 S 的状态在实用意义上也不可探测;但这些构型依然不同。

(之所以不会起作用,主要原因是:如果 S 虽然被轻轻推动了一下,但 S 原本在构型空间中的展开范围却比这次推动更大,那么你就不能指望这次推动把构型空间上的振幅分布分离成彼此不同的团块。现实中,这一切都发生在连续构型空间上的一个可微振幅分布之内。)

构型不是信念状态。它们的不同性是一个具有实验后果的客观事实。即使没有人知道 S 的状态,这些构型仍然不同;即使永远没有任何智能实体能发现这一点,它们也仍然不同。只要宇宙中任何地方至少有一个粒子处在不同位置,这些构型就是不同的。这一点可以通过实验展示出来。

我为什么要强调这一点?因为在那个没人理解量子物理的黑暗时代……

图示:一个光子源、两块半透镜、两块全反镜和两个探测器

图 2

好吧,假设你完全不知道到底发生了什么,而你去做图 2 里的实验,结果没有任何光子出现在探测器 1。很好。

你还发现,当你在 BD 之间放一块挡板,或者在 AC 之间放一块挡板时,光子会以相等比例出现在探测器 1 和探测器 2。但每次只会出现一个——要么探测器 1 响,要么探测器 2 响,不会两个同时响。

所以,是的,在你看来,你确实像是在面对一个粒子——每一次看到它时,光子在同一时刻都只出现在一个地方。

然而,某种……神秘现象……却阻止了光子出现在探测器 1。而且这种神秘现象取决于光子能够走两条路。尽管光子只会出现在一个探测器或者另一个探测器里,这说明——你会这么认为——光子在任何时刻都只在一个地方。

图示:一个光子源、两块半透镜、两块全反镜、一个挡板和两个探测器

图 3

这就让整套实验图景显得非常离奇!毕竟,光子要么从 AC,要么从 AB;二者必居其一。(如果你本能地试图把现实分解成各自单独真实的粒子,你就会这么想。)可是,当你像图 3 那样挡住其中一条路时,你得到的实验结果竟然会不一样!

这就好像,光子想要被允许走两条路,尽管——你会这么认为——它实际上只走了其中一条。而且,如果你试图挡住它,它甚至能在并没有真的跑到那里去的情况下察觉到这件事——因为如果它真的去了那里,它就会撞上挡板,根本不会击中任何探测器。

这仿佛意味着,单纯的可能性竟然也能产生因果效应,公然违背了人们通常认为“真实”这个词所意味着的一切……

但在你还没有完整图景、尚不知道实验内部究竟发生了什么的时候,现在就跳到那样的结论,还是太早了些。

图示:一个光子源、两块半透镜、两块全反镜、两个探测器,以及一个灵敏小装置

图 4

于是你想到,可以像图 4 那样在 AC 之间放一个传感器,这样你就能知道每次光子真正走的是哪条路。

然后,那个神秘现象就消失了。

我的意思是,这到底得多疯狂啊?这会让某个可怜的科学家产生什么样的偏执妄想?

好吧,在 21 世纪,我们意识到,要“知道”一个光子的历史,构成你大脑的粒子必须与这个光子的历史相关联。如果一个微不足道的灵敏小装置 S 只要与光子的历史发生相关,就足以区分最终构型并阻止振幅流相互抵消,那么一个带数字显示屏的完整传感器——更不用说一个人脑——就会让数以秭计的粒子处于不同位置,从而阻止振幅流相互抵消。

但如果你当时还没想明白这一点……

那么你就会琢磨:传感器驱散了那个神秘现象,于是心想:

光子想要的不只是在物理上能自由地走任一条路。它不是一个沿着未被阻挡的路径传播的小波,否则仅仅有一条物理上畅通的路径就足够了。

不……我就是不被允许知道光子走了哪条路。

这种神秘现象……不想让我看得太仔细……不想让我在它施展神秘效果的时候盯得太紧。

对现实产生影响的,不是物理可能性……而只是认识上的可能性。如果我知道光子走了哪条路,那么它走另一条路就不再显得合理……而这会像在 BD 之间放一块挡板那样,有效地切断这种神秘现象。

为了让光子最终总是落在探测器 2,我就必须不去观察它究竟走了哪条路。光子能够前往 BC 这两条路中的任一条,必须是合理的。决定因素是我能够知道什么,而不管我在物理上让哪些路径保持开启或关闭。

快发号外!心灵终究是基础性的!有意识的觉知决定了我们的实验结果!

至今仍然能读到这种说法。就在物理学教材里。即便是在现在,当大多数理论物理学家都已明白情况并非如此的时候。停机吧,印刷机。求你们了,停机吧。

事后看总是 20/20;所以事后看来,很容易说,当时其实有一些线索表明这种解释并不正确。

比如说,如果你把传感器放在 AC 之间,但并不去读它,那个神秘现象仍然会消失,光子也仍然有时会落到探测器 1。(哦,可是你本来可以去读它,而现在可能性都成了真实的……)

但它甚至都不必是一个传感器,不必是你亲手造出来的科学仪器。只要有一个单独粒子被推动得足够远,就能驱散干涉。一枚辐射出去、此后你再也看不见的光子,也能起这个作用。这里头可没多少人类参与。也谈不上多少有意识的觉知。

所以,在你就人类大脑在物理上是否特殊这件事拉响二元论火警之前,你是不是该先拿出实验性证据,证明一块石头不能像人类研究者那样,在驱散这种神秘现象时扮演同样角色?

不过那都是事后之见,而事后放马后炮总是很容易。你真的觉得,如果你活在那个时代,你就能做得比 John von Neumann 更好吗?这种回顾性分析的意义,在于追问你当时本可以依据什么样的完全一般线索来判断,以及如今面对当下的谜题时,是否也有类似线索正被你忽视。

不过,说来确实有点尴尬:甚至在振幅与构型理论已经被建立起来之后——在这套理论已经明确预言,只要任何粒子被推动一下就足够产生这种效果之后——早期科学家们仍然没搞明白。

但你要知道……当时已经被确立为常识的是:构型只是各种可能性,真正重要的是认识上的可能性,振幅是一种非常奇怪的部分信息,而有意识的观察会让量子性消失。而且,只要实验预测能算对,最好就别对整件事想得太深。