双缝实验恐怖在哪里？双缝实验过程本身并不复杂，复杂的是它带出来的问题。

每当我们以为找到了一个合理的解释，下一个实验就会把这个解释给否决掉，然后把你推向一个更令人不安的可能。

我们从头开始，一步一步走看一下双缝实验到底恐怖在哪里。

01

1801 年，托马斯·杨做了一个看起来很简单的实验。他让一束光通过一块开了两条细缝的挡板，然后打在后面的屏幕上。结果屏幕上出现了明暗相间的条纹，就像水波穿过两个缝隙之后相互叠加产生的图案一样。

这个现象当时没让任何人感到不安。波会干涉，光是波，所以光会干涉，很合理。那时候的物理学家看到这个结果，大概只会点点头，觉得世界运转得很正常。

不过，后来人们把光换掉了。

02

20 世纪初，人们开始用电子来做同样的实验。电子是粒子，是有质量的实体，不是波。如果你把一束电子射向双缝，屏幕上会出现什么结果呢？按理说该出现两列亮斑，对不对？就像下面这样。

但结果是什么呢？你把一束电子射向开了两条缝的挡板，结果屏幕上出现的，是下面这样的干涉条纹。

这就很奇怪了。粒子怎么会干涉？你可以接受光是波，但电子是一个有质量的像小球一样的东西，它怎么能像水波一样叠加？

物理学家提出了波粒二象性这个概念来解释，说粒子也有波的性质。听起来有点怪异，但还能勉强接受。

真正让人开始坐立不安的，是下一步。

03

有人问了一个问题：如果粒子之间互相干涉，那我一次只发射一个电子，会怎样？

于是他们就真的这么做了。一次发射一个电子，打到屏幕上，记录落点，然后再发射下一个，如此重复几千次、几万次。每个电子单独飞行，不可能和别的电子相遇，更不可能互相干涉。

最后他们把所有落点叠加在一起，竟然看到了干涉条纹。发射出去的一个个电子通过裂缝后在探测屏上逐渐形成了干涉图样。图（a）～（c）描述了电子形成干涉图样的过程。

停在这里思考一下。一个电子，只有一个，它穿过了哪条缝？如果它穿过了左缝，那右缝对它来说不存在，怎么会产生干涉？如果它穿过了右缝，同样的问题。干涉需要两列波，但这里只有一个粒子。

量子力学给出的答案是：这个电子同时经过了两条缝。它处于一种叠加状态，在被探测到之前，它的路径不是确定的。

这个答案够奇怪了，但至少在数学上是自洽的。人们接受了这个解释，然后又问了下一个问题：好，那我能不能偷偷看一眼，看它到底走了哪条缝？

04

于是他们在缝旁边放了探测器，想在电子经过的时候记录它走了哪条路。

干涉条纹消失了。

屏幕上只剩下两条普通的光带，对应两条缝的位置，就像你拿石头往两条缝里扔，石头落点的叠加一样，没有任何干涉的痕迹。

把探测器撤掉，干涉条纹又回来了。再加上，消失。再撤掉，回来。

这个现象叫做观测效应，也是双缝实验第一次让人真正感觉恐怖的地方。电子似乎知道你在用仪器检测它的轨迹，所以选择老老实实走其中一条，而不是像幽灵般同时经过两条缝。

你可能会想，也许是探测器在物理上干扰了电子？毕竟探测器要发射光子来探测电子的位置，光子打到电子上，改变了它的状态，这不是很正常的物理扰动吗？

这个解释听起来很合理，而且很让人安心，因为它把奇怪的事情归结到了一个普通的物理原因上。

05

直到 1978 年，约翰·惠勒提出了一个新的思想实验。他问：如果我等电子已经通过了双缝，再决定要不要观测它的路径，会怎样？

这个问题的关键在于时间顺序。按照之前的解释，探测器影响电子，是因为探测器在电子通过缝的时候发出了光子，物理上改变了它的轨迹。但如果电子已经过了缝，你再决定观测，那时候再做的决定，怎么可能影响已经发生的事？

于是物理学家们做了这个实验。他们用量子随机数发生器，在光子飞行途中随机决定是否进行路径探测，切换的速度比光子飞行时间还短，确保光子在通过分束器的时候，探测与否的决定还没有做出来。

结果和惠勒的预言完全一致：无论你何时做出决定，结果都和你提前决定一样。选择观测，干涉消失；选择不观测，干涉出现。

你在电子通过缝之后做的决定，影响了电子通过缝时的行为。

那个用物理扰动来解释的退路，被彻底堵死。因为物理扰动只能向前影响，不能向后影响。

这是不是变得又恐怖了一些？但还没完。

06

量子擦除实验从另一个角度追问了同一件事。它想弄清楚，到底是探测本身在影响粒子，还是说，信息的存在与否才是关键？

实验的设计大致是这样的：产生一对纠缠的光子，一个叫信号光子，让它去穿双缝；另一个叫闲置光子，把它送到另一边。因为这两个光子是纠缠的，你通过观测闲置光子，可以间接知道信号光子走了哪条缝。

一旦这个路径信息原则上可以被知道，信号光子的干涉条纹就消失了。注意，没有任何东西物理上碰了信号光子，只是另一边的闲置光子携带了路径信息，干涉就没了。

然后，把闲置光子送进一个特殊装置，让它的路径信息变得无法分辨，也就是把这个信息擦掉。信号光子的干涉条纹，重新出现了。

没有任何粒子被碰触，没有任何物理扰动，只是信息的可获取性发生了变化，现实就跟着变化了。

这说明，真正起作用的不是探测器发出的光子打到了电子上，而是宇宙中是否存在某个地方，原则上记录了电子走哪条缝这件事。只要这个信息存在，干涉就消失。把信息抹去，干涉就回来。

如果你觉得这已经够荒诞了，1999 年的延迟选择量子擦除实验更进一步。

07

要理解延迟选择量子擦除实验，先得回到量子擦除实验的基本逻辑：路径信息存在，干涉消失；路径信息被擦掉，干涉恢复。

好，那现在问题来了——如果我把“擦除”这个动作，安排在信号光子已经打到屏幕之后再做，会怎样？

金和斯库利在 1999 年就是这么做的。

实验的核心装置是一个产生纠缠光子对的晶体。每次晶体产生一对光子，两个光子的状态是纠缠在一起的——通过测量其中一个，你就能知道另一个的信息。

其中一个光子叫信号光子，让它去穿双缝；另一个叫闲置光子，让它走一条绕远路的光路，这条路足够长，长到信号光子已经打到屏幕上、落点已经被记录下来之后，闲置光子才姗姗来迟地到达它的探测装置。

时间顺序是这样的：信号光子先到屏幕，落点记录完毕。这时候闲置光子还在路上。然后闲置光子到达一个分束器。这个分束器的作用是：如果闲置光子通过它，它的路径信息就变得不可分辨——也就是说，你再也没办法知道它对应的信号光子走了哪条缝，路径信息被“擦除”了。如果绕过分束器，路径信息则保留。

实验者可以选择让闲置光子走哪条路。

现在把数据拿出来对照。所有信号光子的落点早就记录好了，一个都没少。但当你把“闲置光子路径信息被擦除”的那些事件单独挑出来，对应的信号光子落点拿来叠加——它们呈现干涉图样。而“路径信息被保留”的那些事件，对应的信号光子落点叠加——没有干涉图样，就是两条普通的亮带。

停在这里想一下。信号光子落点是早就记录好的，白纸黑字，铁板钉钉。但它这个落点，究竟属于“干涉分布”还是“非干涉分布”，竟然取决于之后对闲置光子做了什么。

不是说信号光子的落点会变——那个坐标是固定的。而是说，这些落点的统计分布的意义，取决于你未来的选择。

在你做出选择之前，那些落点同时“潜在地”既属于干涉图样，又属于非干涉图样，只有当你把闲置光子的命运确定下来，对应的信号光子落点才被“归入”某一类。

已经发生的事取决于之后的选择——这还不离谱吗？但实验的结果就是这样。

08

这些实验究竟意味着什么？

观测改变现实，这已经够奇怪了。但延迟选择实验告诉你，不只是“现在的观测影响现在的结果”——你现在做的决定，影响的是一个已经发生的事件的。

这意味着什么？它意味着“过去”可能并不像我们想象的那样是一个已经固化、不可更改的东西。“已经发生”这四个字，可能比我们想象的要虚无。

费曼曾说没有人真正理解量子力学。量子力学的数学是完美的，预测精确到令人叹为观止，从未出过错。但它描述的是一个什么样的现实？没有人知道。

我们用双缝实验打开了一扇门，门后面是什么，一百年过去了，还没有人真正看清楚。