《匿名代码》（ANONYMOUS;CODE）中的物理学——延迟选择实验（无剧透）

  1.前言（废话）：两天前匿名代码发售了，我自己也是第一时间玩了ns版。在剧情推进到第四章的时候，看到了社长尝试用这个物理学经典实验来解释故事设定。目前看来解释的非常出色，感觉和当年命运石之门的克尔黑洞一样。属于理论可行实践只能靠科幻的范畴。但是我在网上看到许多科学adv以及物理的爱好者都没彻底理解这个实验表明了什么，那我来尝试解释一下。

  考虑到这是个科普向的文章，所以下文中只要超过初中知识水平的内容我都解释会一遍，尽力写的通俗易懂一些。

  声明一下，由于我还没打完游戏，所以可能存在后面剧情有推翻这一理论的可能。（不过按照科学adv的感觉来看，应该不太可能）然后就是目前这游戏还没汉化，我自己也不懂日语，所以可能会有因机翻产生的错误。最后，下面的解释可能有一些物理细节上的问题，发现后请多指正。

  先说结论：延迟选择实验证明了如果你不接受物质的波函数诠释，而把物质的波动性当作纯粹粒子性的物质的某种统计结果，那么未来会影响过去，因果律中的时间序列性（也就是因在果之前）会被推翻。这样物理上便不存在具有局域性符合因果律的经典理论可以解释量子力学。

  2.量子力学的基础知识（了解过就可以跳过这一部分）：

  不同于经典力学中使用坐标来表示物体位置；用轨迹来表示路径；用牛顿第二定律或拉格朗日方程描述物体运动原理。量子力学采用波函数来表示粒子，函数模长平方代表出现概率；没有确定的轨迹，可以同时穿过所有可能路径；用薛定谔方程或路径积分传播子描述物体运动原理。

  这里解释一下上面的关键概念波函数：就如同名字所描述的，本身和数学上的函数概念一致，给定一个坐标x和时间t，可以得出一个数值，然后就可以用其计算出对应出现粒子的概率，物理上也可以类比水波的波动函数来理解。

  然后就是核心的观察环节了，假如只有一个粒子时，观察者或探测器在某处观测到了这一粒子，那粒子的波函数将从空间的弥散分布变为集中一点的分布，数学上可以用狄拉克函数来表示。同时在观测处以外的任何地点，都无法观测到这一粒子。这个过程称为波函数的坍缩。

  3.实验与解释

  实验A

  实验仪器与布置如图一所示：图一中左下的单光子源可以发射单一光子，并且发射光子具有相干性（也就是自己与自己可以通过透镜相互作用）。光子通过半反半透镜，会有50%的概率反射向上传播，50%的概率向右继续传播，然后通过反射镜反射，最后被接收屏1或2所接收。

  实验结果：当单个光子通过仪器时，仅有一个接收屏收到光子，两个接受屏接受概率各占50%。

  实验B

  然后考虑如图二所示的实验：将一束稳定的相干光打入仪器，调整反射镜位置，保证可以让左侧和下面的光同时到达半反半透镜2；调整半反半透镜2（比如改变折射率），使得两束光向上相互抵消，向右相互叠加，使得只有接受屏1可以接收到光。然后改变光源为单光子源，发射单一光子，观察结果。

  实验结果：单一光子只会到达接收屏1。

  先来用量子力学解释实验A与B：光子以行波波函数的方式发射并传播，通过半反半透镜1后分为两个大小相同的部分，假如没有半反半透镜2，那么波函数将分别聚集在两个接收屏上，相应概率便对应50%。假如有半反半透镜2，那么分开的两个波函数将在透镜处相互作用（因为光的相干性），向上相互抵消，向右相互叠加，于是就到达了接收屏1。

  然后就是用当年爱因斯坦的经典粒子观念来解释实验A与B，爱因斯坦设想所谓的光子波动性，其实就是粒子数量足够多时产生的统计结果，就像一枚硬币，正反概率各占50%，但在抛硬币并不观察硬币的时候，硬币不会自己突然分成两半，然后观察的时候自己再拼回去，同时抛掷硬币的结果可以通过硬币形态与抛掷的力量大小完全计算出来，量子力学无法计算出来是因为其知识体系不完全。

  于是这个经典理论对实验1的解释便是：设想世界存在两种形态，Alpha与Beta。当世界处于状态Alpha时，光子反射向上走，当世界处于状态Beta时，光子透射向右走。世界处于哪一个形态可以通过足够的初始数据（类似投掷硬币时所用的力大小）计算出来。然后当半反半透镜2放置在光子路径上时，对于光子，世界稳定处于状态Alpha，反射向上运动，并且直接透过半反半透镜2，不会发生相互作用。这时该理论因为远处的半反半透镜2改变世界从而改变了光子的运动，便不再具有局域性。

  这里说明一下，经典理论即使在光速最快限制下也是可以出现非局域性的，比如经典电动力学里辐射反作用力

  所以到这里，这个理论并未出现严重漏洞或矛盾。

 实验C（延迟选择实验）

  该实验过程如图三所示：首先前半段与实验A一致，然后在光子透过半反半透镜1之后但没有到达半反半透镜2所在位置时，放入半反半透镜2，最后观察结果。

  实验结果：与实验B一致。

  对于这一实验，量子力学的解释就非常自然，在光子波函数未到达半反半透镜2时，放入半反半透镜2不会改变未到达的波函数（就像我在一束平行光到达前放入一个透镜，那么透镜也不会改变未到达的平行光一样），之后波函数便如同实验B一样进行相互作用，结果便自然与实验B一致。

  但是对于经典理论，放入半反半透镜2后出现和实验B一致的结果，意味着在未来时刻2放入半反半透镜2的行为，改变了过去时刻1的世界状态，将过去世界变成状态Alpha。也就是未来行为改变了过去的世界，从而干碎了因果律。

  综上所述，假如世界遵循一个具有决定论的经典理论，那么这个理论必然会打破因果律。物理学家之所以会普遍采用量子力学解释世界，主要是因为一般把因果律作为第一性原理来推导理论。但是世界是否真的会遵循一个违反因果律的经典理论，目前还是无法证伪的，需要进一步的实验研究。

  让我们回到匿名代码，游戏中便是假设世界会遵循一个更为深刻但违法因果律的经典理论，这样就可以用足够多的初始条件来准确预言未来（因为遵循决定论）。游戏中也存在可以完全模拟地球预言未来的机器。但是这个预言的初始条件可能会被未来所改变，匿名代码的故事就此展开。

  假如大家看完感觉不错，那我之后再写一些别的科幻作品里的有趣物理知识，比如命运石之门中的世界线理论和利用克尔黑洞的裸露奇点穿越时间的原理，或者三体里的光速曲率飞船时空之类的。假如有什么物理上的问题，也欢迎指正。