Двойственность волна/частица

Идея заключается в следующем: когда вы видите школьные уравнения, описывающие параболическое движение, вы последовательно визуализируете в своем уме летящий камень. Физика не заботится о том, что вы представляете, а скорее имеет дело с уравнениями и их способностью сообщать вам расстояние, которое преодолеет камень. Поскольку уравнения были изобретены и настроены для этой цели, числовые результаты этих математических трюков равны тому, что происходит в природе.

Примерно в 1930-х годах некоторым людям в конечном итоге удалось создать последовательный набор математических приемов, которые правильно давали те же результаты, что и природа, при решении широкого круга проблем, для которых известные теории потерпели неудачу. Она известна как квантовая механика. Но, в отличие от школьного параболического выстрела, уравнения КМ есть, но никто не может вообразить их графическое представление.

Что бы это ни происходило внизу, нет никакого способа изобразить это в вашем человеческом мозгу. Это просто так. Вы можете провести всю жизнь, думая о волне как о прозрачной диффузной сущности, которая внезапно чувствует себя наблюдаемой и превращается в крошечный твердый шарик... Но результатом будет не что иное, как головная боль. В квантовой механике вы видите уравнения и проверяете результат, но никогда не существует параллельного мысленного образа летающего предмета или чего-то еще.

Однако есть и хорошие новости, потому что самые основные положения теории понять несложно. Но имейте в виду, что она состоит из математики (кстати, физику можно определить как науку, изобретающую математические модели, напоминающие поведение природы). Поищите в Google небольшой сборник видеолекций под названием "Quantum Entanglements 1" Сасскинда. После этого хорошим выбором будет третий том Фейнмановских лекций (но это требует дополнительной работы).

Конечно, есть место и для гораздо большего, чем просто чистая математика, но доступ к этой комнате возможен только психически здоровым способом после того, как вы знаете математику. Без знания математики слова о квантовой механике бессмысленны, а интуитивные идеи неизбежно ошибочны. Какое бы значение вы ни придавали словам «волна» и «частица», невозможно совместить их в удовлетворительном объяснении без хотя бы элементарного знания квантовой механики.

Предполагая, что вы верите в квантовую теорию поля, в частности в квантовую электродинамику , фотон не является ни частицей, ни волной, поэтому ваша веб-страница верна в этом отношении, хотя я не решаюсь отдать ей слишком много внимания, не видя ее аргументации.

Фотон — это возбуждение в квантовом поле фотона. Он может взаимодействовать способами, напоминающими частицы, и он может взаимодействовать способами, напоминающими волну, но неверно говорить, что это частица, или волна, или какая-то смесь того и другого. Это возбуждение в квантовом поле.

Фотоны, электроны, кварки... всегда частицы [*] и никогда не волны. Как верно отмечает сайт CERN, все во Вселенной состоит из частиц . Чтобы быть конкретным, фотон является бозонной частицей .

Источник ошибочного представления о корпускулярно-волновом дуализме указан в недавнем учебнике Баллентина по квантовой механике:

Являются ли «частицы» действительно «волнами»? В ранних экспериментах дифракционные картины регистрировались целостно с помощью фотопластинки, которая не могла регистрировать отдельные частицы. В результате росло представление о том, что свойства частиц и волн взаимно несовместимы. или дополнительными, в том смысле, что для их наблюдения потребуются разные измерительные приборы. Эта идея, однако, была лишь неудачным обобщением из-за технологических ограничений. Сегодня можно обнаружить прибытие отдельных электронов и увидеть дифракционную картину появляются в виде статистической закономерности, состоящей из множества мелких пятен (Tonomura et al., 1989).

Более подробное обсуждение дано на сайте Klein .

[*] Под частицей здесь подразумевается квантовая частица, а не ньютоновская частица. Квантовые частицы ведут себя не как крошечные шарики для пинг-понга, а подчиняются законам квантовой механики.

Утверждение «В зависимости от того, что и как мы измеряем, фотон оказывается либо волной, либо частицей». на мой взгляд, довольно старомодно и бесполезно.

Рассмотрим электромагнитную волну частоты$\nu$. Классически эта волна может нести сколь угодно малое количество энергии, т. е. электромагнитное поле может иметь в себе сколь угодно малые колебания с частотой$\nu$. Но эта классическая картина неверна: квантовая механика говорит нам, что волна частоты$\nu$могут иметь только энергии$n h \nu$, где$n$является неотрицательным целым числом и$h$есть постоянная Планка. Мы говорим, что "$n$фотоны присутствуют».

Предположим, мы пропускаем электромагнитную волну через узкую щель. Классически мы ожидаем дифракцию, и квантово-механически... точно так же! Все, что изменилось с квантовой механикой, — это возможные значения энергии, содержащейся в волне. Итак, наш$n$фотоны «ведут себя как волны».

Теперь представьте, что у нас есть устройство (возможно, фотопленка), предназначенное для обнаружения электромагнитных волн. В классическом понимании любое количество энергии может быть выделено в любом месте пленки, но с точки зрения квантовой механики мы знаем, что поглощение происходит посредством взаимодействия с отдельными атомами/молекулами/чем угодно. Поскольку электромагнитное поле может переносить только дискретное количество энергии, а энергия сохраняется, она должна поглощаться «единицами» энергии.$h\nu$. В этом смысле это выглядит как отдельные частицы, падающие на аппарат, каждая из которых имеет энергию$h\nu$.

Мысленный эксперимент с дуальностью для объяснения двойственности через квантовую причинность

Это касается съемки одиночных фотонов или электронов через двойную щель и результатов, демонстрирующих сосуществование дуальности свойств частиц и волновых форм.

Возьмите уравнение Шредингера и везде, где используется термин, разбейте его на функции математических рядов единиц, представляющих пространство (длину) и время (секунды).

Перекрестная ссылка «Константы» физики на эту математическую серию.

Константы представляют собой релятивистские сингулярности, и предполагается, что они образуются из различий в нерелятивистских квантовых системах причинности. Релятивистские системы, плавающие в умеренных системах квантовой причинности.

Нерелятивистская сингулярность является константой, но она не связана напрямую с чем-либо наблюдаемым, а только косвенно через связи с сингулярностями относительности (константы релятивистской физики).

Квантовая причинность существует в трех основных формах:

Квантовый ноль или QC0 Неразвивающийся причинный артефакт; Простая причинность или QC1 Развивающийся причинно-следственный артефакт, Развивающаяся причинность или QC-1

Нерелятивистские квантовые сингулярности состоят из статически связанных систем QC-1, QC0 и QC1. Сингулярности не меняются, но их эффект заключается в смягчении каузальных образований.

Время наиболее тесно связано с развивающимися системами квантовых ступенчатых событий. Пространство наиболее тесно связано с неэволюционирующими системами квантовых ступенчатых событий.

Таким образом, пространство/время — это относительные системы неэволюционирующей квантовой причинности, изменяющиеся под воздействием Сингулярностей по отношению к относительным системам эволюционирующих квантовых причинно-следственных систем.

Это обеспечивает инструмент для раздельной обработки пространства/времени.

Следовательно, это обеспечивает базовую математическую связь от квантовой причинности до квантовой механики. В то время как уравнение Шредингера обеспечивает связь с физикой элементарных частиц.

Исходя из этого, интуитивно ненаблюдаемые системы причинно-следственных связей связывают отдельные электроны как в релятивистских, так и в нерелятивистских математических рассуждениях о пространстве. Нерелятивистские связи, моделируемые уравнением Шредингера, смягчают определенные причинные распределения событий квантового шага (например, стоячие волны как циклические системы причинности).

В то время как общие релятивистские связи эволюционирующих систем причинности, те же самые системы причинности, которые связаны с нашими глазами, являются визуальными ссылками как частицы.

Интуитивное доказательство: попробуйте подумать о ВСЁМ, что вы можете наблюдать, что принципиально НЕ находится в развивающемся состоянии.