Что нам говорит эксперимент с квантовым ластиком?

Я новичок в квантовой механике. Я понимаю квантовый ластик только с экспериментальной точки зрения. Так что я не понял формализма, описывающего квантовый ластик. Но что говорит нам эксперимент? Знает ли фотон, что за ним кто-то наблюдает? И поэтому он ведет себя по-другому? Видит ли фотон будущее?

Обязательно: см. «Без математики, пожалуйста» . Любой точный ответ без математики может ввести в заблуждение; любой простой ответ без математики, скорее всего, будет неправильным. Формализм требуется, чтобы ответить на это право.

Ответы (3)

Нет, фотон не видит никого, кто смотрит на него. И фотон тоже не видит своего будущего. На самом деле фотон не существует в классическом смысле до того, как его наблюдают.

Все его свойства - например, какие щели он может использовать; ведет ли он себя больше как частица или волна и т. д. - закодированы в волновой функции до самого момента измерения, поэтому их всегда можно "вернуть обратно" к предыдущим ответам. Например, в квантовом ластике фотону снова приказано вести себя как волна, хотя преждевременный аргумент может привести небрежного человека к мысли, что фотон уже решил вести себя как частица навсегда.

Когда вы измеряете фотон, наконец-то можно рассматривать его свойства классически, а волновая функция позволяет вычислить все вероятности того, что результатом будет что-то или что-то другое. В случае квантового ластика мы восстанавливаем интерференционную картину. Но любая попытка «вообразить», что фотон приобрел классическое свойство в любой момент до того, как он был измерен, привела бы к неправильным предсказаниям.

Всегда важно понимать, что фотон всегда ведет себя в соответствии с законами квантовой механики, и нам никогда не разрешается аппроксимировать его с помощью какой-либо классической интуиции, потому что классическая интуиция не работает. Это строгое требование неправильности классической механики можно частично обойти только после того, как фотон действительно обнаружен (поскольку тогда он взаимодействует с классическим объектом, который быстро декогерируется), но не раньше. Другими словами, квантовая механика всегда верна: это главный урок этого эксперимента (и многих других).

Sb1 говорит, что было замечательно, что эксперимент вел себя так, как предсказывали Скалли и Друл. Я не согласен с этой формулировкой. Предсказание могло быть сделано любым отцом квантовой механики — никакой новой физики не использовалось, и они могли предсказать поведение любой установки такого рода. Это могло быть замечательно в 1920-х годах, но после 1920-х годов все подобные эксперименты были обыденной физикой.

Я не согласен. то, что эксперимент подтверждает существующую теорию, также может быть замечательным, если теория предсказывает что-то в высшей степени нелогичное. Это дает сильную эмоциональную уверенность в QM, и это всегда замечательно, как и эксперимент с ЭПР.
Возможно, я что-то упускаю, но можете ли вы отредактировать этот ответ, включив, в частности, что насчет эксперимента с квантовым ластиком является квантовым? Я могу классически показать, что два состояния ортогональной поляризации (классического света) не будут интерферировать, в то время как переход к неортогональным состояниям поляризации будет. По сути, у меня проблема с методом маркировки, который использовали Уолборн и др. Мне кажется, что они измеряют классические свойства электромагнитных волн, а НЕ вероятности и запутанность волн вероятности.
@daaxix То же самое здесь. До сих пор во всех подобных экспериментах, с которыми я сталкивался, использовались поляризаторы, и для меня это довольно спорно.
@daaxix, классическое электромагнитное описание может подойти для любого эксперимента, подобного интерференции, включая сложные, но может быть показано, что интерференция сохраняется, даже если фотоны отправляются один за другим, так что они создают отдельные точки, поэтому интерференция также является свойством одиночного фотона, и для этого требуется квантовая механика.
@LubošMotl, не совсем так. Я не говорю, что свет не квантуется, но предположим на мгновение, что световые пакеты были обнаружены с помощью твердотельных датчиков (которые являются квантово-механическими), тогда эти интерференционные картины по-прежнему будут «отдельными точками», созданными датчиком, НЕ обязательно фотоны, а поляризаторы все еще вызывают интерференцию. Кто-нибудь разобрался с этой проблемой?
@daaxix, если вы не говорите, что свет не квантуется, то дискретность точек явно следует из квантования в фотоны. Если вы хотите усомниться в том, что свет состоит из фотонов, вам придется вернуться в 1900 год (вывод Планка о черном теле) и 1923 год (эффект Комптона) и т. д. и т. д. и понять, что вы отрицаете всю физику 20-го века. Да, физики распутали все эти проблемы - это было уже 100 лет назад. Классические электромагнитные волны, которые не квантуются, ведут себя совершенно по-другому — теория о них фальсифицируется уже целое столетие.
@LubošMotl Вы до сих пор не объяснили, как интерференция между поляризаторами отделяется от квантовой интерференции ... это моя точка зрения, очевидно, это не было сделано должным образом с помощью экспериментальной установки.
Он не распутан. Это же вмешательство. Когда многие фотоны находятся в одном и том же состоянии, интерференция волновой функции, которая применяется к одному фотону «внезапно», становится обычной интерференцией классического электромагнитного поля. Нужно больше, чем классический elmg. поле - интерференция волновой функции одиночного фотона - потому что можно явно наблюдать отдельные фотоны, и они обладают механическими и статистическими свойствами обычных частиц.
На самом деле экспериментальные доказательства не были найдены до недавнего времени. Лэмб и Скалли показали, что полуклассическая модель работает для Комптона и фотоэлектрического эффекта, вам не нужны фотоны. Аспект, Гранжье и Роджер, наконец, провели эксперимент, который подтвердил неравенства Белла, которые, казалось, работали в 1986 году. Однако конкретных подробностей о том, как был организован эксперимент Аспекта, не хватает, и я хочу узнать больше...
С момента рождения квантовой механики никогда не существовало какой-либо «неполностью квантовой» теории, которая объясняла бы все известные наблюдения, приписываемые квантовой механике.

«Квантовый ластик» впервые был предложен М. Скалли и К. Друлом. Чтобы понять это, мы должны сначала узнать знаменитый эксперимент с двумя щелями, который, я полагаю, вы уже знаете. Вы должны знать, что в эксперименте с двумя щелями, если фотоны испускаются по одному, на экране детектора образуется интерференционная картина. Как только вы пытаетесь наблюдать, по какому пути следует фотон, то есть через какую щель он проходит, левую или правую щель, интерференция исчезает. Это означает, что знание информации о том, «какой путь» разрушает волнообразный характер фотона, и, следовательно, никакая интерференция невозможна. Но в 1982 году Скалли и Друл предложили потрясающую модификацию эксперимента. Они предложили следующее на основе своих квантово-механических расчетов.

Предположим, что подключено устройство маркировки, с помощью которого мы можем узнать информацию о том, «какой путь» у фотона. Теперь, если непосредственно перед тем, как фотон попадет на экран детектора, мы устраним возможность нашего знания информации о том, «какой путь» путем стирания метки, зарегистрированной маркирующим устройством, обе возможности: фотон прошел через левую щель и фотон прошел через левую щель через правую щель должен вернуться в игру. Обе истории должны вернуться еще раз, и интерференционная картина должна появиться снова. Мы как бы формируем прошлое (предупреждение: будущее ни в коем случае не влияет на прошлое).

Эксперимент проводили Раймонд Чиао, Пол Квиат и А. Стейнберг. Удивительно, но это сработало, как и предсказывали Скалли и Друл. Интерференционная картина действительно возобновилась.

отличное объяснение! Не могли бы вы немного рассказать о механизме маркировки, используемом для определения того, «какой путь» выбрал фотон?
@lurscher: Спасибо. Вкратце, это устройство, позволяющее фотону свободно проходить через щель, но заставляющее его ось вращения указывать в определенном направлении. Устройства перед двумя щелями заставляют фотоны вращаться другим, но особым образом. Экран детектора регистрирует точку в месте удара фотона, а также записывает направление вращения фотона.
как проходит процедура "стирание метки"?
@HDE: Детали установки не очень важны с точки зрения теоретика. Тем не менее, если вам интересно, посмотрите эту вики-статью en.wikipedia.org/wiki/Quantum_eraser_experiment для хорошего введения.

Все остальные объяснения неверны. Свет больше не взаимодействует сам с собой, потому что свет поляризован. Только волны, поляризованные в одном направлении, могут интерферировать друг с другом. Это просто другое измерение. Сделайте «измерение» без помех, и оно не сработает.

У фотона нет памяти, но фотон/электромагнитная волна «знает» свою поляризацию и реагирует (интерферирует) только с волнами, поляризованными таким же образом.

Нет волны, которая разрушается при наблюдении, единственное, что происходит, это то, что измерение на самом деле является не измерением, а изменением системы. Чистое измерение будет только измерять, а не нарушать процесс.

Меня учили, что чистого измерения не существует. Потому что для измерения требуется энергия. Однако, какой бы крошечной ни была эта энергия, она все равно влияет на то, что измеряется.
«Чистое измерение будет только измерять, а не нарушать процесс» — как насчет коллапса волновой функции в собственное состояние классической наблюдаемой? Каждое измерение «возмущает процесс»; не так ли определяются «измерения» в QM?