Что происходит, когда мы манипулируем наблюдателем в эксперименте с двумя щелями?

Рассмотрим следующие изменения эксперимента с двумя щелями:

  • быстро включать и выключать наблюдатель
  • отодвигать наблюдателя все дальше и дальше, до точки, в которой он больше не может эффективно наблюдать

Что происходит с волновой функцией, когда наблюдатель выключается, а затем снова быстро включается в полете электрона? При перемещении наблюдателя дальше, в какой момент волновая функция больше не рассматривает его как наблюдателя?

@CuriousOne Так это видео неправильное? youtube.com/watch?v=7u_UQG1La1o
Если говорят, что физика зависит от наблюдения, то это неправильно.
@CuriousOne, значит, размещение прибора для наблюдения рядом с экспериментом с двумя щелями не меняет результат? Почему нет? Я думал, что в этом весь смысл эксперимента с двумя щелями.
@CuriousOne Итак, вы утверждаете, что эксперимент с двумя щелями недействителен? Я пытаюсь понять, физик ты или тролль. Пожалуйста, объясни.
Я говорю, что фон Нейман или кто-то другой, кто придумал термин «наблюдатель», причинил неисчислимый вред молодым умам, которые еще не могут думать самостоятельно. Для природы важно не то, есть наблюдатель или нет, а то, является ли физическая система открытой или закрытой, необратимой или обратимой.
@CuriousOne Хорошо, извините, вы говорите так, будто знаете, о чем говорите. Я не был уверен. Да, я молод, пытаюсь разобраться в квантовой физике.
Сделайте сброс того, что, по вашему мнению, является наблюдением. Спросите себя, что «детектор» делает с измеряемой системой на физическом (а не на информационном) уровне. Он отбирает энергию и необратимо преобразует ее в тепло. Это принципиальное различие с точки зрения физики. «Используем» мы это тепло, чтобы узнать что-то о физической системе или нет, не имеет отношения к природе.
@Viziionary - пожалуйста, будьте уверены, что современная физика (основанная на квантовой механике) абсолютно необходимо формулировать относительно наблюдателя и его или ее наблюдений. Эти факты были осознаны примерно в 1925 году, нераздельно включены в математический формализм, отмечены многочисленными Нобелевскими премиями, и каждое открытие в последующие 90 лет подтверждало эту точку зрения. Наблюдатели абсолютно необходимы для применения законов физики. Каждый, кто говорит вам что-то другое, — сумасшедший. Но зависимость работает иначе, чем вы думаете.
@LubošMotl Спасибо, Любош, я действительно читал некоторые из ваших работ в начале этого года. Когда я спросил: «Отвечал ли когда-нибудь здесь физик о том, что его собственная работа цитируется в вопросе?» вы подошли.
Уважаемый @Viziionary - спасибо .. Позвольте мне дать вам источник, который почти точно отвечает на ваш вопрос. Лекции Фейнмана по физике, том III, глава 1, раздел 6, feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6 — Поиск «Мы ​​должны заключить, что когда мы смотрим на электроны, их распределение на экране отличается чем тогда, когда мы не смотрим. Возможно, это включение нашего источника света мешает всему?» и прочитайте хотя бы большую часть раздела - там подробно обсуждается, что происходит, когда вы пытаетесь постепенно удалить наблюдателя различными способами.
Позвольте мне сказать, что основы квантовой механики — это не «моя работа». Я очень горжусь тем, что меня цитируют как первооткрывателя квантовой революции, совершенной Гейзенбергом, Борном, Джорданом, Бором и некоторыми другими, но на самом деле эти люди занимались моим плагиатом и опубликовали открытия почти за 50 лет до моего рождения. ;-) Мой вклад в эти вопросы чисто педагогический.
@LubošMotl. Да, Нобелевские премии были присуждены в связи с квантовой физикой, и да, ее принципы были включены в современную физику, но для меня это просто доказывает, что большинство людей согласны (как и я) с экспериментальной проверкой, а вовсе не с какой-либо роль наблюдателя. Я, конечно, не хочу говорить о философии, но я все еще не понимаю, можно ли считать сумасшедшим любого, кто ставит под сомнение роль наблюдателя. Насколько я знаю, я в здравом уме, но луна может просто исчезнуть, когда я не смотрю, и я не могу придумать, как доказать, что это не так. Но я буду читать RPF внимательнее.
Что ж, большинство людей не понимают квантовую механику, @count_to_10 - я (и Фейнман) сообщал/сообщал о том, что бесспорно подразумевается научными данными.

Ответы (3)

Я написал свою магистерскую диссертацию о частично когерентных классических волновых полях, примененных к решеткам, поэтому я попытаюсь дать некоторое представление о том, что именно в двойной щели делает ее квантовой проблемой , а что на самом деле представляет собой просто классическую волновую механику . Это должно немного упростить обсуждение, разделив два вопроса (по крайней мере, надеюсь).

Общий комментарий к двойной щели

По моему мнению, большинство свойств двойной щели, которые обычно приписывают квантовой механике, на самом деле могут быть идеально воспроизведены с помощью классических волновых полей из статистических источников . Под этим я подразумеваю, например, электромагнитное поле, которое имеет некоторые статистические флуктуации фазы из-за исходного процесса. Фактически таким образом можно представить большую часть света, в частности, от астрономических источников. Даже некоторые лазерные процессы могут, так как понятие когерентности легко формализуется как статистические корреляции волнового поля (1). Единственный режим, в котором это нарушается (насколько мне известно), — это предел нескольких фотонов и некоторые неэргодические процессы/импульсы.

При таком подходе вы можете получить все, что хотите, когда думаете об эксперименте с двумя щелями:

  • Интерференционная картина на экране для источников с малым разбросом углов и длин волн
  • Согласованность можно смоделировать (2)
  • Вы можете подключиться к классическим волноводным детекторам («наблюдателям», которые очень хорошо моделируются классически).

Отношение к вопросу

Ситуация, описанная ОП, также может быть создана таким образом, с чисто классическим «наблюдателем». Просто поместите полностью некогерентный переизлучатель (что-то, что поглощает мощность в одной точке и переизлучает ее некогерентно в виде полусферического волнового фронта. Не уверен, что что-то подобное существует, но простая дипольная антенна, вероятно, довольно близка) вместо этого «квантовый наблюдатель». Если вы поместите его прямо в одну из щелей, интерференционная картина исчезнет из-за статистических флуктуаций фазы. По мере того, как наблюдатель удаляется дальше, паттерн, очевидно, изменится, в пределе дальнего расстояния он вернется к исходному паттерну. Я могу попробовать смоделировать это, поскольку у меня есть программа, которая делает такие вещи, но я думаю, что этого качественного понимания должно быть достаточно для ответа на вопрос.

Где квантовая механика?

Так почему же люди вообще говорят о квантовой механике, когда смотрят на эксперимент с двумя щелями? Исторически он использовался, чтобы показать, что другие частицы (например, электроны) имеют волновой характер. В пределе многих частиц мы могли бы даже описать это с помощью формализма, описанного выше. Единственная проблема, с которой мы сталкиваемся, — это предел нескольких частиц . Тогда люди начинают обсуждать, как частица занимает определенное положение при обнаружении на экране, что затем приводит к спорам о проблеме измерения . Я не буду вдаваться в подробности здесь, другие люди, такие как @LubošMotl, знают об этом намного больше, чем я, и я предлагаю прислушаться к их советам.Однако я хотел подчеркнуть, что это совершенно отдельная проблема от распространения через двойную щель и вызываемые ею помехи.

(1) см. например

  • М. Борн и Э. Вольф. Принципы оптики . 7-е изд. Издательство Кембриджского университета, 1999.
  • С. Витингтон, DJ Goldie, CN Thomas. «Частично когерентное оптическое моделирование массивов изображений в дальнем инфракрасном диапазоне на космическом телескопе с охлаждаемой апертурой SPICA». В: Аннален дер Physik (2013).

(2) см., например, этот мой ответ

Для меня «наблюдатель» в этом смысле означает нечто, что может проводить «измерение» фотона (или электрона), когда он проходит через щели (подобно наблюдательному прибору), и тем самым изменять его волновую функцию. Если наблюдатель не может провести измерения, то он не может изменить события, и то же самое произойдет вне зависимости от того, присутствует ли он там или нет.

не могли бы вы рассказать нам, почему это не так, чтобы мы могли поспорить? вместо того, чтобы просто проголосовать против?
Я проголосовал за это, потому что вы вообще не отвечаете на вопрос. ОП спрашивает, как меняется поведение эксперимента, когда наблюдатель/наблюдение постепенно удаляются. Вы не обсуждали это, вместо этого предположили: «Если наблюдатель не может провести измерения…» — Последнее предложение само по себе является оксюмороном. Наблюдатель определяется как агент, который делает наблюдения, поэтому, если он этого не делает, он не является наблюдателем. Опять же, почему бы вам не прочитать, например, этот текст RPF, который, как мне кажется, является ответом? feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6
@Luboš Motl Я полностью с вами согласен, я просто пытаюсь прояснить это последнее предложение.
Здорово, что вы согласны, но вы до сих пор не ответили на вопрос вообще, поэтому за него по-прежнему проголосовали.
@Luboš Motl Согласно физике . Я не помогаю как-то в правильном направлении?
Да, я думаю, что вы вообще не помогаете в правильном направлении.
@Luboš Motl Хорошо. Я бы согласился с вами в этом. Но, по крайней мере, это помогает другим читателям прояснить ситуацию.

Это вообще не зависит от наблюдателя или того, за кем наблюдают. Вмешательство требует, чтобы все было устроено идеальным образом. Если вы введете что-нибудь в эксперимент, пытаясь наблюдать, вы нарушите закономерность. Если вы прольете свет на эксперимент, вы все испортите. Если вы разместите устройства где-нибудь в эксперименте, вы испортите картину, либо блокируя фотоны, либо отклоняя электроны, в зависимости от типа эксперимента. Есть много способов разрушить паттерн, но поиск тут ни при чем.

Утверждение, что «вмешательство требует идеального расположения вещей», самоочевидно ошибочно. В квантовой механике все амплитуды вероятности для всех возможных результатов всегда интерферируют друг с другом, независимо от того, объявлено ли что-то «идеальным» или нет, не говоря уже о том, что слову «идеальный» явно нельзя дать никакого общего определения. ... Добавление новых компонентов меняет эксперимент, но не меняет того факта, что вся эволюция может быть отменена в принципе.
@Luboš Motl, согласно моей книге «Современная физика» (Beiser), складываются волновые функции, а не «вероятности», и, таким образом, сама волновая функция вызывает помехи, а не «вероятности», как в случае с двойной щелью. И до сих пор не так хорошо установлено, что фотон может интерферировать (в смысле изменения волновой функции) с другим фотоном, путешествуя в пространстве, поскольку они являются бозонами. В противном случае мы не можем просто предположить, что фотон из известного источника будет иметь ту же длину волны и частоту, если на его пути проходят другие фотоны,
потому что эти фотоны изменят волновую функцию.
Каждый не совсем глупый учебник КМ соглашается, что волновые функции складываются. Но не совсем глупые учебники также информируют своих читателей о том, что волновые функции состоят из амплитуд вероятностей, эталонов для расчета субъективных вероятностей, они не являются объективно реальными волнами. ... Ваши утверждения об отсутствии знания о том, мешают ли фотоны, просто смехотворны. Интерференция фотонов — это то, что наблюдается в простейшем эксперименте Юнга с двумя щелями, который уже проводился столетия назад. Поскольку мы знаем, что свет — это поток фотонов, они тоже интерферируют.
«Фотоны не изменяют волновую функцию». Вместо этого волновая функция представляет собой набор сложных вероятностных данных, описывающих состояние всего, включая фотоны. Взаимодействие системы с фотоном не означает прекращения существования квантовой интерференции. Это означает, что другие амплитуды вероятности мешают друг другу, чем раньше.
@Luboš Motl Хорошо. Но можете ли вы подтвердить из экспериментов, что на самом деле интерферируют фотоны, а не то, что отдельный фотон создает интерференцию со своей собственной волной?
@LubošMotl в эксперименте с двумя щелями самые темные области рисунка полос находятся там, где два источника совершенно не совпадают по фазе. Я согласен, что он не должен быть идеальным, но это тот момент, когда он больше всего не совпадает по фазе. Моя точка зрения заключалась в том, что введение чего-либо еще в эксперимент нарушит эту схему.
@philip_0008 - нет, я не могу это подтвердить. Это именно то, что я говорил. Даже если вы уменьшите интенсивность света так, чтобы фотоны прибывали один за другим, интерференционная картина все равно будет. Конечно, интерференционными свойствами всегда обладает каждая отдельная частица, будь то электрон, фотон или что-то еще.
@BillAlsept - просто неверно, что «введение чего-либо» убьет интерференционную картину. Введение чего-то (микроскопического) усложнит эксперимент, будут разные, не меньшие помехи, и чтобы увидеть это, придется в конце добавлять дополнительные измерения и манипуляции.
@LubošMotl просто попробуй. Поставьте реальный эксперимент с двумя щелями и посмотрите на красивую полосу на экране. Я все время это делаю. Теперь поместите в эксперимент что-то, что блокирует фотоны, и вы потеряете шаблон или прольете яркий свет на эксперимент, и вы также можете потерять шаблон. Что-то очень маленькое, вы не заметите разницы, но это меняет ее. Все, что угодно, разрушило бы его, каким бы маленьким оно ни было. Даже введение белого света с полным спектром может нарушить его. Вот почему они используют монохроматический свет
@Luboš Motl включает ли просмотр установки проведение измерений (во время прохождения фотонов через щели), которые могут изменить результаты? в основном, мы просто смотрим на отраженный узор, когда фотоны попадают на экран, и наше наблюдение (измерение) основано на отраженных фотонах. Изменяет ли взгляд на отраженные фотоны результаты, которые мы обычно приписываем падающим фотонам, а не измеряемым отраженным фотонам?
Нет, зеркала ничего не меняют в наличии измерения, они просто отражают данные, полученные в результате измерения, очевидным образом.
@Luboš Motl Извините, если я, кажется, имею в виду какое-то оскорбление в своих комментариях. Я уже пожалел.
Тот же комментарий к вам - я не обнаружил никаких обид с вашей стороны.
Что происходит, когда мы манипулируем наблюдателем в эксперименте с двумя щелями?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v