Эксперимент с двумя щелями, в котором «частица» представляет собой макроскопическую капсулу с людьми внутри.

Question

Эксперимент с двумя щелями, в котором «частица» представляет собой макроскопическую капсулу с людьми внутри.

Джаггернаут

Я так понимаю, что эксперимент с двумя щелями (т.е. создание интерференционной картины) имеет место и тогда, когда "частица" не просто одиночная частица, а любой предмет, экспериментально доказанный даже для молекулы С60.

Мне интересно, как правильно интерпретировать эксперимент с двумя щелями, когда исследуемая частица является макроскопическим объектом, вроде космической капсулы с людьми внутри.

Я думаю, что для получения интерференционной картины в капсулу не должен попасть ни один фотон из внешней среды (или любая другая частица). Таким образом, люди внутри капсулы не могут понять, через какую щель они проходят, поскольку не могут получать никакой информации из внешнего мира.

Люди вне капсулы также не могут видеть капсулу во время ее полета, иначе волновая функция капсулы схлопнется в определенное положение.

Я предполагаю, что установка эксперимента потребует чрезвычайно низкой температуры задействованных объектов (по крайней мере, на их внешней поверхности) и очень контролируемой среды.

Верна ли эта интерпретация?

Могут ли люди внутри капсулы провести какой-то внутренний эксперимент, чтобы вызвать коллапс волновой функции капсулы (и избежать интерференционной картины, когда они ударятся о последнюю стенку?) даже без взаимодействия с внешней средой?

Спасибо

[править] Спасибо за ответы. Собственно хочу уточнить свой вопрос. Я не спрашиваю, почему мы обычно не видим интерференционную картину на макроскопических объектах. Мне интересно, как интерпретируется интерференционная картина, которую мы видим (видим ли мы ее?), когда ставим эксперимент с таким макроскопическим объектом. Очевидно, что это мысленный эксперимент, и не имеет большого значения, если он технически неосуществим.

Например, учитывая числа, предложенные Томом, мы получаем, что _lambda составляет 4e-38m. Теперь, если щели имеют ширину 10 м и расстояние между ними 1000 м, интерференционная картина должна появиться для углов примерно 4e-41 радиант. Итак, если стена находится на расстоянии около 1e45 м (давайте забудем о космологии), то мы должны увидеть гребни интерференционной картины на расстоянии километров друг от друга.

Так что же на самом деле происходит в таком сценарии? Я могу представить себе следующие варианты: 1) Возникает интерференционная картина, пассажиры и внешний наблюдатель не могут сказать, через какую щель прошел корабль, так как сам эксперимент не требует взаимодействия корабля с окружающей средой 2) Интерференционная картина не возникает даже если корабль не взаимодействует с другими объектами, так как он слишком сложный, и его волновая функция все равно разрушается. 3) ?

Мы можем сделать эксперимент космологически более реалистичным. Мы можем использовать наноробот (способный записывать некоторые наблюдения и проводить небольшие эксперименты, концептуально эквивалентный человеку) массой 1e-18 кг и заставить его двигаться со скоростью 1 мм/с. Если щели находятся на расстоянии 0,1 м друг от друга, мы должны ожидать гребни интерференции на расстоянии 0,1 м друг от друга после расстояния между Солнцем и Землей.

любопытный разум

См. о применимости длины волны де Бройля для макроскопических объектов для более абстрактного обсуждения. Кроме того, рассчитали ли вы реальную длину волны де Бройля такой капсулы и проверили, таковы ли размер и положение щелей, которые потребуются для интерференции, чтобы объект действительно мог пройти через них? (Спойлер: кажется, я припоминаю, что у вас получилась нелепая установка, которую невозможно реализовать)

Анна В

Вы должны понимать, что подавляющее большинство квантово-механических эффектов проявляется на нанометровом уровне. В основном это связано с малостью h, постоянной Планка, которая входит во все квантово-механические решения. Макроскопические проявления происходят при очень особых начальных условиях, таких как сверхпроводимость и сверхтекучесть.

Н. Дева

Это отличный вопрос и совсем не тривиальный. Это вовсе не дубликат того, что указано выше, и на него не отвечают ответы на этот вопрос. (некоторые люди проголосовали близко.)

Том

Я отредактировал ответ, чтобы попытаться ответить на ваш вопрос о физической интерпретации.

Ответы (1)

Эксперимент с двумя щелями, в котором «частица» представляет собой макроскопическую капсулу с людьми внутри.

См. о применимости длины волны де Бройля для макроскопических объектов для более абстрактного обсуждения. Кроме того, рассчитали ли вы реальную длину волны де Бройля такой капсулы и проверили, таковы ли размер и положение щелей, которые потребуются для интерференции, чтобы объект действительно мог пройти через них? (Спойлер: кажется, я припоминаю, что у вас получилась нелепая установка, которую невозможно реализовать)
Вы должны понимать, что подавляющее большинство квантово-механических эффектов проявляется на нанометровом уровне. В основном это связано с малостью h, постоянной Планка, которая входит во все квантово-механические решения. Макроскопические проявления происходят при очень особых начальных условиях, таких как сверхпроводимость и сверхтекучесть.
Это отличный вопрос и совсем не тривиальный. Это вовсе не дубликат того, что указано выше, и на него не отвечают ответы на этот вопрос. (некоторые люди проголосовали близко.)
Я отредактировал ответ, чтобы попытаться ответить на ваш вопрос о физической интерпретации.

Том · Answer 1

Длина волны де Бройля, $\lambda$ , дан кем-то

λ "=" \frac{час}{п}

$\lambda = {h \over p}$ где

h

$h$ постоянная Планка и

p

$p$ импульс.

Если принять массу за $160$ кг и скорость быть $100$ РС $^{-1}$ тогда мы получаем $\lambda = 4\times10^{-38}$ м с учетом медленного легкого космического корабля и только одного человека (больше людей и скорости увеличили бы импульс и уменьшили бы ценность $\lambda$ ).

Теперь, чтобы увидеть интерференцию, обычно ширина щели должна быть аналогична по величине размеру длины волны. Ясно, что будет трудно пройти космический корабль с человеком внутри через такую маленькую щель, а если он пройдет через большую щель, то дифракция не будет видна до тех пор, пока космический корабль не преодолеет огромное расстояние.

Соответствующим уравнением здесь является дифракция на одной щели, где $n\lambda = d sin(\theta)$ где $\theta$ угол минимума для $n = \pm1, \pm2, \pm3....$ , $d$ ширина щели и $\lambda$ это волна. Мы получаем схему ниже, но для космического корабля, проходящего через $10$ м щели угол бы для $n=\pm1$ было бы $\sim4\times10^{-39}$ радианы и иметь минимум $1$ м от максимума потребует проезда $2.5\times10^{38}$ м. введите описание изображения здесь

Для дифракции на двух щелях уравнение такое же, за исключением $d$ это расстояние между двумя щелями - но мы сталкиваемся с проблемой, что человек на борту может наблюдать, через какую щель пролетел космический корабль, но даже в этом случае мы все равно должны получить дифракцию от одной щели.

Интерпретация заключается в том, что приведенная выше дифракционная картина представляет собой распределение вероятностей. Космический корабль не будет размазан, но многие наблюдаемые космические корабли будут иметь такую вероятность.

Эту интерпретацию можно увидеть в интерференционной картине, созданной экспериментом с щелью Юнга для молекул , которые создали изображение ниже. введите описание изображения здесь

[Это заставляет меня думать, что современная версия «верблюда сквозь игольное ушко» может быть «наблюдением дифракции после прохождения верблюда через маленькую щель»]

На этот ответ намекнули в комментарии ACuriousMind, но я подумал, что было бы полезно ввести некоторые цифры.

(Только что заметил, что на возможный повторяющийся вопрос есть полезный ответ JohnRennie, который решает эту проблему дифракции)

«Теперь, чтобы увидеть интерференцию, обычно ширина щели должна быть примерно равна размеру длины волны. Ясно, что космический корабль с человеком внутри будет трудно пройти через такую маленькую щель, а если он пройдет через большую щель, то дифракция не будет видна, пока космический корабль не преодолеет огромное расстояние». Я думаю, что ваш ответ будет улучшен, если вы дадите формулы, из которых вы получаете эти утверждения, и оцените значение большого расстояния, которое потребуется.
(продолжение) вероятно, релевантной является формула, говорящая о том, что для двойной щели конструктивная интерференция видна на экране под углом $\theta$ от щелей (измеряется относительно линии, перпендикулярной плоскости щелей и экрана) таким образом, что $\sin \theta = m\lambda / d$ и разрушительный в $\sin \theta = (m + 1/2)\lambda / d$ где $m$ любое целое число, и $d$ - расстояние от щелей до экрана. На больших расстояниях $\theta$ близок к 0, поэтому вы можете аппроксимировать $\sin \theta$ как $\theta$ .
@Hypnosifl - спасибо за полезные комментарии, я отредактирую

Эксперимент с двумя щелями, в котором «частица» представляет собой макроскопическую капсулу с людьми внутри.

Джаггернаут

любопытный разум

Анна В

Н. Дева

Том

Ответы (1)

Том

Гипносифл

Гипносифл

Том

Что не так с этим экспериментом, показывающим, что либо сверхсветовая связь возможна, либо комплементарность не работает?

Понимание квантового ластика с точки зрения квантовой информации

Что, если в квантовом ластике фотон приземлится на экран до того, как мы решим, включать ли ластик?

Как механика Бома объясняет эффект информации в эксперименте с двумя щелями?

Может ли отсутствие информации дать знание о том, в каком направлении?

Можно ли сохранить пространственную когерентность в волоконно-оптических кабелях с течением времени?

Квантовая телепортация атомных состояний, связанных с энергией [дубликат]

Измерение двух компонентов одновременно с помощью Entanglement

Почему камера не виновата? [дубликат]

Максимально смешанное состояние находится в центре всех квантовых состояний.