陪小师妹看电影回家的路上，我悟出了光量子态的奥义 | 正经玩
正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验，可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末，让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。
话说上上期，小编答应带小师妹去看电影
电影十分精彩，环环相扣
小编和小师妹深深为成龙大哥的演技折服
精彩之余，小编发现3D电影的眼睛特别好玩
横向和纵向看到了不一样的景色
电影屏幕发出的光
和眼镜的方向之间有什么联系呢？
回家的路上
小编就在思考这个问题
……
“前辈，送我回家吧~”
“嗯嗯……”小编还在想电影院发生的事
“谢谢前辈！”
小师妹微笑了
开心地跑在了小编的前面
然而
就当小编望向西下的夕阳时
突然想到了一件事
“诶，师妹，等一下。”我叫住她
“怎么啦，师兄？”
“我突然想到一件事，今天要先回实验室。”
“诶，不一起走了吗？”
看着小师妹治愈的微笑
超级不忍心让小师妹自己回家
所以，小编安慰她说：
“嗯，我想通了用偏振片探究光量子态的奥义
这期正经玩必须现在就做。”
实验器材与实验过程
所标杯，偏振片（至少3个），手电筒，支架，屏幕
（泡沫塑料板：我们是不是在哪见过？）
首先，我们把光路摆好
确保两个偏振片和光源在同一高度
保证它们在一条直线上
打开手电筒，把光路调好
在屏幕上受到一个清晰的光斑
旋转其中一个偏振片
会发现屏幕上的光时而明亮时而暗淡
将其转动至一个合适角度
从而使屏幕上的光斑消失
此时，两个偏振片的偏振方向应该正好相互垂直
任何光经过第一个偏振片后会有一个偏振方向
若偏振光经过与其偏振方向垂直的偏振片
则它必然无法无法通过
这时，我们调整第三个偏振片的偏振角度
与第一个偏振片的角度呈45度
就像这样
将它等高放置在两个偏振片中间
会发生什么？
我们在关灯状态下重复一次实验
转动某个偏振片，使屏幕上的光斑消失
现在，将一个与偏振片
插入两个偏振片中间，神奇的现象发生了！
本被两片偏振片过滤得一点不剩的光……
很明显地，光斑重新出现了！！
而且亮度还非常大！！
我们转动中间的偏振片
发现光斑的亮度会随中间偏振片的旋转变化
难道多放一个偏振片会使通过的光变多？
那么尝试将第三个偏振片放在后面的偏振片之后
并没有发生任何变化
所以，为什么只有偏振方向为45度时
放置在中间，才会使光斑重新出现呢？
原理解说
这个实验操作很简单
原理却十分深刻
我们知道，光是一种电磁波
在讨论太阳光时我们更多考虑光的波长
光波所在振动的方向即为偏振方向
但是，光同样具有量子性
因此，当一束有确定偏振方向的偏振光
通过另一个偏振片时
每个光量子通过偏振片是概率的
在令其通过之前
你永远也不知道光子能不能通过
就像不打开盒子
你永远也不确定盒子里的猫是不是活的
为方便起见，我们把最终示意图中的3个偏振片
分别按顺序命名为偏振片A,B,C
假设最初偏振片A的偏振方向为0度
最后的偏振片C的偏振方向为90度
中间的偏振片B与偏振片A,C均保持45度
那么经过偏振片A后的光
其量子态可以写为
但加入了偏振方向为45度的偏振片B后
我们可以将
能量各位原来的一半
正是
而
能量依然各为原来的一半
这时
由于光子数正比于振幅的平方
因此，原本一点光都没有可能透过去的情况
中间增加了一个45度偏振片后
有四分之一的光子会通过系统
其实，现象的背后往往对应更为诡异的物理内涵
比如，你不觉得多加了滤波作用的偏振片
会使更多光子通过这件事，本身十分奇怪么？
如果光量子有思想，它决定自己能否通过每个偏振片
假设他们全部通过了偏振片A
那么“决定自己不通过C”的光子
一定小于或等于
“决定自己通过B不通过C”+“决定自己不通过B”的光子
可事实证明，A和C的偏振方向垂直
当偏振片B没有在中间时
所有光子都曾决定过自己不通过C
因此这个不等式不成立
小编想到更实际的例子
假如校车经过奥运村，中关村，玉泉路3个地方
但人们如果可以选择去中关村
“不想去玉泉路”的人
一定小于或等于
“想去中关村不去玉泉路”+“不想去中关村”的人
当中关村不停站时
不想去玉泉路的人一定就是想去奥运村的人
不等式依然成立
这个不等式，即为具象化的Bell不等式
而Bell不等式对于光量子不成立
说明光量子并不存在局域隐变量
当然，如果想把Bell不等式、局域隐变量、EPR佯谬、量子隐形传态什么的都想明白
那只能再陪小师妹看一次电影了呢
上期回顾
01-付喜锦的实验分享如下：
02-禄的实验分享如下：
03-今朝的实验分享如下：
04-小凯的实验分享如下：
05-L.L的实验分享如下：
06-廖鑫的实验分享如下：
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