按光的波粒二象性，光既可以表現(xiàn)為波也可以表現(xiàn)為粒子。而近期，南京大學(xué)馬小松教授的團隊實現(xiàn)了對這兩種互補狀態(tài)的可控量子疊加，證明實驗中的光處于一種”波－粒疊加狀態(tài)“。這是科學(xué)家首次在嚴(yán)格的愛因斯坦定域性條件下實現(xiàn)量子版本延遲選擇實驗。相關(guān)論文成果本周發(fā)表在《自然-光子學(xué)》雜志上。 `aC){&
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因果律的夢魘：延遲選擇實驗 yQNV@T<o  
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光的本質(zhì)究竟是波還是粒子，這一點在科學(xué)史上有過長時間的爭論。楊氏雙縫干涉實驗確鑿無疑地證明了光的波動性，而愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋則說明了光的粒子性。在這些看似矛盾的實驗現(xiàn)象的驅(qū)使下，量子物理最終發(fā)展出了波粒二象性的理論框架。當(dāng)時科學(xué)家們主張，光既可以是波也可以是粒子，但不會同時是波和粒子。但光的波粒二象性卻從未停止“制造麻煩”，直到現(xiàn)在也還在挑戰(zhàn)著人們對它的認(rèn)知。 $za8"T*I  
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其中，約翰·惠勒（John Archibald Wheeler）提出的“延遲選擇”思想實驗就曾令科學(xué)家們叫苦不迭。這個思想實驗的示意圖如下�；堇仗岢觯�現(xiàn)發(fā)射一個光子，使其通過半反半透鏡BS1。半反半透鏡有50%的概率將光子透射，也有50%的概率讓光子反射。光子經(jīng)過透射或反射后，分別抵達M1、M2處，然后被M1、M2處放置的全反射鏡反射，最終抵達D1或D2處。而在D1、D2放置有觀測裝置，通過觀測光子最終是抵達了D1還是D2，科學(xué)家就能夠進而判斷光子行動路徑。在這個過程中光表現(xiàn)出了粒子性。 #OO>rm$  
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但現(xiàn)在對實驗稍作一點改動。在之前的裝置基礎(chǔ)之上，在I2處也放置一個半反半透鏡BS2。這樣，光子在通過I2處時會與自身發(fā)生干涉。如果通過BS2適當(dāng)調(diào)節(jié)光程差，則能夠使到達D1處的光反相位疊加、使到達D2處的光同相位疊加，從而觀測到D1無光、D2有光的現(xiàn)象。此時，光同時通過了兩條路徑，表現(xiàn)出了波動性。 U1nw-Q+  
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這個實驗乍看之下，只是楊氏雙縫干涉實驗的升級版。但有一點值得注意的是，光表現(xiàn)出波動性還是表現(xiàn)出粒子性，完全取決于觀測者是否放置BS2這塊半反半透鏡。由于BS2可以在光子通過BS1之后再選擇是否放置（所謂的“延遲選擇”），那么“光子通過的路徑”這個已經(jīng)發(fā)生的事實，就完全依賴于觀測者的操作而改變，也就是說，觀測者的選擇決定了過去。 BZ!v%4^9  
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