新宇宙模型：过去由未来结晶而成

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当未来结晶成过去的时候你能得到什么？一个同时考虑了相对论和量子力学的新的宇宙模型给出的答案是：现在。

         过去和未来有什么区别呢？如果仅从相对论的观念来看，这并不是一个大问题。南非开普敦大学的George Ellis 和新泽西 普林斯顿大学的Tony Rothman是这么说的。在标准的相对论时空中，过去、现在、将来是没有区别的。因为这里的物理学定律在时间上是可逆的。实际上这样的宇宙图像是时空一体的宇宙图像，就像一个时空块（时间作为第四维空间），过去、现在、将来都是一样的。

         最近几十年来有很多物理学家在研究这样的块宇宙，但是影响有限。现在，Ellis和Rothman 提出了新的块模型。他们说当考虑了量子效应后，过去和未来变得很不相同了：未来被量子力学的诡异支配着，过去则被经典力学的确定性统治着。他们把这个模型叫做“结晶中的块宇宙”（crystallizing block universe）。在这个模型中未来到过去的转变主要发生在现在，但不完全是。因为在量子力学中过去有时会被延迟，就像在延迟选择实验中那样。这就意味着这一转变是比较复杂的。另外，从他们的模型中可以直接得到时间之箭：因为未来还不存在呢。

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关键词：Universe Crystall Crystal 普林斯顿大学 George 普林斯顿 四维空间 物理学家 相对论 开普敦

关于延迟实验
   1979年是爱因斯坦诞辰100周年，在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论会。在会上，爱因斯坦的同事，也是玻尔的密切合作者之一约翰·惠勒（John Wheeler）提出了一个相当令人吃惊的构想，也就是所谓的“延迟实验”（delayed choice experiment）。我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了，根据哥本哈根解释，当我们不去探究电子到底通过了哪条缝，它就同时通过双缝而产生干涉，反之，它就确实地通过一条缝而顺便消灭干涉图纹。惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出，我们可以“延迟”电子的这一决定，使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后，再来选择究竟是通过了一条缝还是两条！
     这个实验的基本思路是，用涂着半镀银的反射镜来代替双缝。一个光子有一半可能通过反射镜，一半可能被反射，这是一个量子随机过程，跟它选择双缝还是单缝本质上是一样的。把反射镜和光子入射途径摆成45度角，那么它一半可能直飞，另一半可能被反射成90度角。但是，我们可以通过另外的全反射镜，把这两条分开的岔路再交汇到一起。在终点观察光子飞来的方向，我们可以确定它究竟是沿着哪一条道路飞来的。
     但是，我们也可以在终点处再插入一块呈45度角的半镀银反射镜，这又会造成光子的自我干涉。如果我们仔细安排位相，我们完全可以使得在一个方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一个确定的方向输出。这样的话我们每次都得到一个确定的结果（就像每次都得到一个特定的干涉条纹一样），根据量子派的说法，此时光子必定同时沿着两条途径而来！
     总而言之，如果我们不在终点处插入半反射镜，光子就沿着某一条道路而来，反之它就同时经过两条道路。现在的问题是，是不是要在终点处插入反射镜，这可以在光子实际通过了第一块反射镜，已经快要到达终点时才决定。我们可以在事情发生后再来决定它应该怎样发生！如果说我们是这出好戏的导演的话，那么我们的光子在其中究竟扮演了什么角色，这可以等电影拍完以后再由我们决定！
     虽然听上去古怪，但这却是哥本哈根派的一个正统推论！惠勒后来引玻尔的话说，“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，这在量子实验中是没有区别的。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之间“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”！惠勒用那幅著名的“龙图”来说明这一点，龙的头和尾巴（输入输出）都是确定的清晰的，但它的身体（路径）却是一团迷雾，没有人可以说清。
     在惠勒的构想提出5年后，马里兰大学的卡洛尔?阿雷（Carroll O Alley）和其同事当真做了一个延迟实验，其结果真的证明，我们何时选择光子的“模式”，这对于实验结果是无影响的（和玻尔预言的一样，和爱因斯坦的相反！），与此同时慕尼黑大学的一个小组也作出了类似的结果。
     这样稀奇古怪的事情说明了什么呢？
     这说明，宇宙的历史，可以在它实际发生后才被决定究竟是怎样发生的！在薛定谔的猫实验里，如果我们也能设计某种延迟实验，我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活！比如说，原子在1点钟要么衰变毒死猫，要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否，我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活！
     这样一来，宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年，但某种“延迟”使得它直到被一个高级生物所观察才成为确定。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程！这就是所谓的“参予性宇宙”模型（The Prticipatory Universe）。宇宙本身没有一个确定的答案，而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身！

Wheeler's delayed choice experiment
From Wikiрedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search
Wheeler's delayed choice experiment is a thought experiment proposed by John Archibald Wheeler in 1978[1]. Wheeler proposed a variation of the famous double-slit experiment of quantum physics, one in which the method of detection can be changed after the photon passes the double slit, so as to delay the choice of whether to detect the path of the particle, or detect its interference with itself. Since the measurement itself seems to determine how the particle passes through the double slits, and thus its state as a wave or particle, Wheeler's thought experiment has been useful in trying to understand certain strange properties of quantum particles. An implementation of the experiment in 2007 showed that the act of observation ultimately decides whether the photon will behave as a particle or wave, verifying the unintuitive results of the thought experiment.[2]

[edit] Actual Experiments
[edit] Most recent experiment
In 2007, the first "clean" experimental test of Wheeler's ideas was performed in France by the team of Alain Aspect, Philippe Grangier, Jean-François Roch et al.[2][5][6]

[edit] Earlier experiments
In 2000, Yoon-Ho Kim, et al., reported success in their delayed choice quantum eraser experiment, a variation that combines Wheeler's delayed choice experiment with a quantum eraser experiment, so that the choice to observe the photon or not observe the photon is done after it hits the detector.

Another Quantum eraser experiment was done in 2002 by S. P. Walborn, M. O. Terra Cunha, S. Padua, and C. H. Monken.

[edit] Future experiments
Researchers with access to radio telescopes originally designed for SETI research have pointed to the possibility, and have explicated the practical difficulties, of conducting the Wheeler experiment with actual stellar objects

Wheeler's delayed choice experiment
From Wikiрedia, the free encyclopedia
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Wheeler's delayed choice experiment is a thought experiment proposed by John Archibald Wheeler in 1978[1]. Wheeler proposed a variation of the famous double-slit experiment of quantum physics, one in which the method of detection can be changed after the photon passes the double slit, so as to delay the choice of whether to detect the path of the particle, or detect its interference with itself. Since the measurement itself seems to determine how the particle passes through the double slits, and thus its state as a wave or particle, Wheeler's thought experiment has been useful in trying to understand certain strange properties of quantum particles. An implementation of the experiment in 2007 showed that the act of observation ultimately decides whether the photon will behave as a particle or wave, verifying the unintuitive results of the thought experiment.[2]

[edit] Actual Experiments
[edit] Most recent experiment
In 2007, the first "clean" experimental test of Wheeler's ideas was performed in France by the team of Alain Aspect, Philippe Grangier, Jean-François Roch et al.[2][5][6]

[edit] Earlier experiments
In 2000, Yoon-Ho Kim, et al., reported success in their delayed choice quantum eraser experiment, a variation that combines Wheeler's delayed choice experiment with a quantum eraser experiment, so that the choice to observe the photon or not observe the photon is done after it hits the detector.

Another Quantum eraser experiment was done in 2002 by S. P. Walborn, M. O. Terra Cunha, S. Padua, and C. H. Monken.

[edit] Future experiments
Researchers with access to radio telescopes originally designed for SETI research have pointed to the possibility, and have explicated the practical difficulties, of conducting the Wheeler experiment with actual stellar objects.[

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“ 光通过双缝的干涉现象，证明了光的波动性，而光电现象则证明了光的能量有最小的值，也就是光具有粒子性。但是光的波动性和粒子性是如何结合到一起的呢？
      下图所示，光源发出光，到达半镀银的反射镜BS1（作用是使光有一半可能穿过了反射镜BS1到达全反射镜M1，一半可能被反射镜BS1反射到达全反射镜M2），两个全反射镜M1和M2把这两部分的光又交汇在一起。这样， 即使光源弱到每次只发出一份光的最小能量（我们称作一个光量子或一个光子），在D1、D2安装足以检测到光的最小能量的检测器，我们仍能确定这个光子走哪条路径。

如果在终点处也插入一块平板透镜BS2，通过分别调整BS1-M1-BS2和BS1-M2-BS2光程，可以使这两部分光到达BS2时的出现相位差，干涉叠加后，可以使光在水平方向或者在竖直方向上“互相抵消”，最后只在竖直方向或者水平方向上检测到光。
     如果光源弱到每次只发出一个光子，经过足够长的时间，你还是可以看到同样的干涉结果，这说明每个光子自己会沿M1和M2两条路径到达BS2，并发生干涉，这种干涉因为是自己和自己的干涉，所以也叫自相干（事实上，对于可分辨的两个以上的光子，是不存在相干现象的，只有不可分辨的多个光子，如激光中的光子，才存在相干现象）。
     因此，放不放透镜BS2，就可以决定了光子走一条路径还是走两条路径。1979年，惠勒提出了延迟选择实验的思想：由于光传播需要时间，我们可以在光子走过M1、M2的时间之后、到达I2前，再来决定放还是取走透镜BS2，问题是检测到的结果是依据决定前的状态还是决定后状态呢？比如说吧，原来没有透镜，之后才放透镜，这样会看到什么现象呢？
      按通常的想法光子通过了第一块半镀银的反射镜BS1后已经选择了怎么走，从时间上看，也已经过了M1或者M2，也就是光子只沿着某一条路径而来，应该不会再发生干涉现象。可惜，实验的结果确是：光子还是选择了同时经过两条路径而来。
实验结果似乎表明，我们现在的选择（观测行为）改变了光子过去的“选择”。这显然是违反因果律的。
     按照哥本哈根学派的代表人物玻尔的话说，“在观察发生之前，没有任何物理量是客观实在的”。惠勒也认为，不能简单的把光子的路径分成前后几个时段，光子从入射开始，直到被记录的那一刻，光子及其路径始终是一个整体，也就是说光子和周围环境一起处在一种波函数相互叠加干涉状态，称作量子纠缠态，改变周围环境中的条件，量子纠缠态也会改变，这种改变是整体的、瞬时的。而检测则是量子纠缠态退相干的结果。因而，从这种在光子路径上的任何检测，都会确定一种量子纠缠态退相干方式，从而改变确定光子路径的最终表现行为，与路径的距离无关，无论是几米百米或亿光年。
     所以，对于从光源发出光子、到这个光子被检测到之前这段时间内谈论这个光子所处的状态是没有什么意义的，就好像这个光子失去了“这段时间”，直接跳到了检测到的那一刻，而那一刻的光路结构，确定了检测结果。事实是，我们甚至从根本上不能知道何时发出光子。因此只能按照观测时刻来推断。也就是说光子发出的时刻和检测的时刻重合到了一起，虽然它们是不同的时刻！
    引申一下，哥本哈根的思想不仅仅只适合于量子力学，也是我们保持客观态度看世界的基本原则。我们通过观察来理解这世界，所以一切不可观察的东西对我们来讲是没有什么意义的，也不值得主观地猜测臆断。”

这个理论有些说服力，不过请教一下那个镜片是怎么布置的。

1# magic/tp
物理矢量概念是理解宇宙的一把尺子。

同一个点（起源）出发的不同方向的时间矢量上，过去、现在和未来在同一个空间上是可以并存的！

古老的哲学命题是有条件的：人不能两次踏进同一条河流
这个命题可以改写为： 在一定条件（在不同的时间矢量）上，同一个质点可以无限次在同一个时间（数量绝对值）上踏进同一条河流，即非唯一时间点和非一空间点（均为数量绝对值）可以并存于同一个质点之中。

1# magic/tp
物理矢量概念是理解宇宙的一把尺子。

同一个点（起源）出发的不同方向的时间矢量上，过去、现在和未来在同一个空间上是可以并存的！

古老的哲学命题是有条件的：人不能两次踏进同一条河流
这个命题可以改写为： 在一定条件（在不同的时间矢量）上，同一个质点可以无限次在同一个时间（数量绝对值）上踏进同一条河流，即非唯一时间点和非一空间点（均为数量绝对值）可以并存于同一个质点之中。