一位好奇的量子力学观察者指南，Pt。 6：两个量子鬼

本世纪最安静的革命之一是量子力学进入我们的日常技术。过去，量子效应仅限于物理实验室和精细的实验。但是现代技术的基本操作越来越依赖于量子力学，并且量子效应的重要性只会在未来的几十年中增长。因此，物理学家米格尔·莫拉莱斯（Miguel F. Morales）承担了艰巨的任务，在这个由七个部分组成的系列文章中，向非专业人员解释了量子力学（我们保证不会提供数学方法）。以下是该系列的第六个故事，但是您始终可以在现场找到整个系列的开始故事以及登录页面。

在迄今为止的量子冒险中，我们已经看到了许多有趣的量子效应。因此，对于我们的上一个主要旅行，让我们冒险进入量子木的一个特别令人毛骨悚然的角落：今天，我们将看到纠缠和测量顺序。

这两个概念共同构成了量子力学中一些最违反直觉的效应。他们是如此违反直觉，以至于现在可能是一个很好的时机，再次强调本系列中没有任何内容是投机性的—我们所看到的一切都得到了数百项观察的支持。有时世界比我们预期的要陌生。

我一直认为间谍和间谍活动的世界是陌生和诡异的，所以我们今天谈论的应用之一是密码学，这也许是合适的。但是，在我们到达那里之前，还有很多事情要做。

在漫长的黑暗和阴暗的森林中长途跋涉之后，粗糙的树木滴落着藤蔓，我们出乎意料地变成了在明媚的阳光下闪闪发光的草地。在灯光下闪烁，我们拉出偏光太阳镜。

偏光太阳镜的镜片在垂直方向上是偏振的，这意味着在正常佩戴时，它们可以使垂直偏振的光通过，但会完全阻挡水平偏振的光。这是有利的，因为从水中闪烁的光大部分是水平偏振的。仅允许垂直偏振光通过的透镜将大大减少反射的眩光。

我们对神秘的林间空地中美丽的阳光有些怀疑，我们开始透过多副墨镜寻找。同时斜视两三副太阳镜会让您看起来很荒谬，但这就是我们为科学所做的牺牲。我们将以图表形式显示您将看到的结果，但是如果您可以将三副偏光太阳镜紧紧绑在一起，则可以在家中执行本文中的所有实验。

如果您将两副眼镜放在您的面前，然后旋转其中一副，您会注意到穿过的光量变化很大。当眼镜成90°角时（例如一副眼镜正常握持，另一副眼镜侧向摆放），几乎没有光会通过。透过镜头的组合视图将看起来几乎是全黑的-对于真正优质的偏光镜片，它们将变成几乎焊接玻璃的黑暗。相反，当以相同的方向固定时，它们可以让几乎与单独一副眼镜透过的光量相等（通过良好的偏光镜保持完美对准，这是正确的）。

这很容易理解。如果两副眼镜都垂直放置，则第一副眼镜只能让垂直光通过。由于第二对光线也可以穿过垂直光线，因此它没有任何阻挡-穿过第一对光线的所有光线也将穿过第二对光线。相反，如果我们将第一对保持侧面，使其仅通过水平光，而正常地保持第二对，从而阻挡水平光，则没有光可以通过两者。在一起，它们显得很暗。而且，如果您将眼镜彼此成45度角夹着，那是中间的情况；穿过第一副眼镜的光的一半穿过第二副眼镜。

只是镜头之间的角度很重要。如果我们选择相对的方向（例如交叉），然后将两个镜头一起旋转，我们将看到不透明度保持不变。右侧的绿框眼镜与垂直方向成±45°，但由于第一副眼镜让垂直于左侧的45°偏振的光穿过，因此所有光都被阻挡。

这一切似乎都是有道理的。但是，您还记得这是量子力学，不祥的电影音乐开始在后台播放。让我们添加第三副眼镜。为了使所有方向保持笔直，我们将始终将蓝色框用于水平/垂直方向，将绿色框用于±45°方向。

我们将从两个交叉的眼镜开始，如左图所示。然后，我们将在我们已经拥有的两个镜头后面添加第三个45度角的镜头。经过仔细检查，其行为符合我们的预期。原始眼镜挡住的任何地方，光线仍然是黑色的。在没有完全重叠的小角上，光线穿过45°透镜和其他透镜之一，我们得到的色泽稍暗，如图1所示。如果我们看看有什么新内容，我们会发现该区域光线必须穿过所有三个镜头的地方也是黑色。

但是，如果我们重新订购眼镜，我们会发现不寻常的东西。我们再次从交叉眼镜开始，但现在在它们之间滑动45°镜头。当我们这样做时，光线穿过所有三个透镜重叠的位置。在只有两个透镜重叠的地方，我们可以得到预期的结果-黑色为十字形，着色为45°相对方向。但是，即使前后透镜交叉并且通常不会让任何光线通过，但如果您插入另一个具有中偏振的镜头，也会突然有光通过。

真奇怪眼镜的顺序很重要。如果您在家中跟随，请尝试翻转镜头的顺序。如果交叉的镜头在堆叠中彼此相邻，则几乎没有光通过。但是，如果您在蓝色（水平/垂直）和绿色（±45°）帧之间切换，则有些光线会通过。