Что заставляет детектор фотонов с предварительной щелью вести себя иначе, чем воздух в эксперименте с двумя щелями?

Использование фотонов для эксперимента с двумя щелями не требует вакуума, поэтому волновая функция фотона либо не коллапсирует при поглощении, либо восстанавливается при излучении при взаимодействии с воздухом. Я не знаю, каким образом детектор, стоящий перед щелями, мог бы наблюдать фотон, если только он не происходит через поглощение, а чтобы попасть на другую сторону, он должен быть повторно испущен.

В любом случае, если мы поместим детектор перед щелями, он выйдет из детектора как частица с коллапсом волновой функции. Так что же заставляет детектор действовать иначе, чем воздух?

Ответы (2)

Когда фотон взаимодействует с атомом, могут произойти три вещи:

  1. при упругом рассеянии фотон сохраняет свою энергию и фазу и меняет угол

  2. при неупругом рассеянии фотон отдает часть своей энергии атому и меняет угол

  3. поглощение, фотон отдает всю свою энергию атому, а поглощающий электрон переходит на более высокий энергетический уровень в соответствии с КМ

В случае детектора это абсорбция. Фотон перестает существовать. Она переходит в кинетическую энергию электрона.

В случае воздуха атомы воздуха упруго рассеивают фотоны. Это рэлеевское рассеяние, поэтому небо голубое. В этом случае длина волны фотонов намного больше, чем у рассеивающих атомов. Только так сохраняется энергия и фаза фотонов, и вы можете видеть изображения объектов через воздух без больших искажений. Это когерентный (зеркальный) способ преломления. В оптике мы используем выражения когерентный и диффузный (декогерентный) для отражения и преломления. В случае преломления, как в воздухе, это (когерентное) означает, что сохраняются не только энергия и фаза отдельных фотонов, но и относительные фазы фотонов. Это единственный способ, которым изображение, которое мы видим через воздух, остается связным.

Теперь вы отредактировали свой вопрос, чтобы рассказать о детекторе перед щелями. Это называется экспериментом в какую сторону. В этом случае перед одной из щелей находится детектор. Это неупругое рассеяние, и это заставит этот фотон не создавать интерференционную картину.

Таким образом, в основном, когда фотон упруго рассеивается в воздухе, он все равно будет создавать интерференционную картину, потому что при упругом рассеянии энергия и фаза сохраняются.

Когда перед щелью находится детектор, это неупругое рассеяние, и в этом случае фотон не создает интерференционную картину, потому что фотон отдает часть своей энергии рассеивающему атому и меняет фазу.

szendrei Arpaf, ты придумываешь что-то на ходу. Что такое зеркальное преломление. Никогда не слышал об этом.
@ Árpád Szendrei Я отредактировал свой вопрос, чтобы он был менее двусмысленным. Я имею в виду детектор, который находится перед щелями.
@ Árpád Szendrei, значит ли это, что все фотоны после неупругого рассеяния никогда не могут действовать как волны?
@ StackUser20004 Нет, после неупругого рассеяния фотон по-прежнему движется как волна, но энергия и фаза меняются. вот почему он никогда не может создать конструктивного вмешательства. Именно конструктивная интерференция после щелей обуславливает видимый, более яркий рисунок на дисплее. Теперь вы можете спросить, а как один-единственный фотон создает интерференцию? Теперь происходит то, что одиночный фотон движется как волна, а части волны проходят через щели. Эти парциальные волны после щелей будут мешать друг другу и создавать интерференцию.
@ StackUser20004 Конструктивное вмешательство создает яркие узоры. Деструктивная интерференция создает более темные участки на экране. Теперь вы можете спросить, а если фотон проходит через щели в виде парциальных волн, то почему неупругое рассеяние мешает фотону интерферировать с самим собой? Происходит то, что неупругое рассеяние создает сферические волны, а эта волна не создает конструктивной интерференции. Упругое рассеяние создает цилиндрические волны, а те создают конструктивную интерференцию.
Пожалуйста, смотрите здесь: phys.org/news/…
Три механизма, которые вы описываете, не учитывают показатель преломления, который является результатом взаимодействия между электромагнитными волнами (фотонами) и электронами...

При взаимодействии фотона с молекулой воздуха он не теряет своей когерентности - то есть, пока происходит некоторый фазовый сдвиг волновой функции в результате взаимодействия с электронами молекулы, волна остается волной. Если он действительно поглощается и переизлучается, когерентность будет потеряна; в этом случае вы бы потеряли полосы (направление испускаемого фотона больше не совпадало бы с направлением падающего фотона).

Если фотон обнаружен, он исчез. Он не может продолжаться через детектор. Это довольно тонкий момент: если фотон поглощается молекулой воздуха и когерентно переизлучается, то невозможно узнать, с какой молекулой воздуха он взаимодействовал, так что молекула воздуха не действует как детектор.
@ S.McGrew Я отредактировал свой вопрос, чтобы он был менее двусмысленным. Я имею в виду детектор, который находится перед щелями.
Эта идея поглощения и переизлучения продвигается постоянно. Никто из соферов не создал никаких научных работ, подтверждающих эту идею. Его можно смело игнорировать.
@S.McGrew " если фотон поглощается молекулой воздуха и когерентно переизлучается, невозможно узнать, с какой молекулой воздуха он взаимодействовал, поэтому молекула воздуха не действует как детектор" - это первое осмысленное высказывание я вижу на эту тему уже давно. Не могли бы вы ответить на мой предыдущий вопрос в этом направлении, и я приму ваш ответ? физика.stackexchange.com/questions/368333/…
Ваш ответ неясен. Как еще фотон может взаимодействовать с молекулой, не поглощаясь и не переизлучаясь? Когда люди говорят об «упругом рассеянии», они часто упускают из виду тот факт, что такое «рассеяние» описывается диаграммой Фейнмана, показывающей поглощение и переизлучение, опосредованное виртуальным электроном. Соответственно, описание этого процесса в КТП включает операторы уничтожения и рождения фотона. Таким образом, «рассеянный» фотон на самом деле является другим фотоном, испускаемым молекулой после поглощения исходного фотона. Подробнее см. комментарий С. МакГрю выше.
Хорошо, я попробовал [ physics.stackexchange.com/questions/368333/… . Примечание: фотон на самом деле является скорее событием обнаружения, чем частица или волна, поэтому не совсем правильно говорить, что рассеянный фотон отличается от фотона до рассеяния. Квантовая механика описывает вероятности комбинаций событий обнаружения.
То, что происходит между событиями, неопределенно, но описывается вероятностно в терминах волновой функции. В интерпретации множества миров события «обнаружения» — это те события, которые имеют макроскопические эффекты (например, заставляют наблюдателя их заметить), что приводит к разным будущим в зависимости от обнаруженного значения события.
Что заставляет детектор фотонов с предварительной щелью вести себя иначе, чем воздух в эксперименте с двумя щелями?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v