Почему лазеры на открытом воздухе создают интерференционные картины с двумя щелями? [закрыто]

Я видел этот ответ:

Является ли квантовая запутанность функционально эквивалентной измерению? .

У меня были дополнительные вопросы, которые, кажется, были решены. Вот лишь несколько похожих тем:

Почему наблюдение коллапсирует волновую функцию? .

Коллапсирует ли наблюдатель или камера волновую функцию в эксперименте с двумя щелями? .

Что представляет собой наблюдение/измерение в QM? .

После их прочтения у меня возник вопрос: свет от лазера в эксперименте с двумя щелями должен проходить через среду (воздух, воду, стекло и т. д.). Почему дифракционная картина все еще будет видна, если свет взаимодействует с частицами непосредственно перед входом в щель? Эти частицы пропускают информацию о том, через какую щель свет прошел в окружающую среду. Почему выход этой информации не приводит к декогеренции?

Рассмотрим случай, когда только одна частица находится перед одной из щелей. В эксперименте с двумя щелями испускается одна частица (частица A), а вторая частица (частица B) уже сидит и ждет перед одной из щелей. Чтобы частица А прошла через эту щель, она должна пройти мимо частицы В, что изменило бы состояние В. Затем частица А продолжает свой путь. Он проходит через щель. С другой стороны, если частица A прошла через другую щель, то она не взаимодействует с частицей B, и для B не происходит никакого изменения состояния. Частица A в конечном итоге попадает на посадочный детектор. После того, как частица A приземлилась, мы можем проверить частицу B. Если состояние частицы B изменилось с тех пор, как мы поместили ее перед щелью перед началом эксперимента, мы знаем, что частица A прошла через эту щель. В противном случае, А прошел через другую щель. Следовательно, конечные результаты A и B коррелируют.

Согласно другим ответам, волновая функция должна коллапсировать, потому что частица B действует как детектор. Некоторые говорят, что частица B измеряет частицу A. Поэтому, когда A взаимодействовала с B, ее волновая функция коллапсировала, поэтому интерференционной картины быть не должно.

Это не мой главный вопрос, но это заставляет меня задаться вопросом, почему также не было бы интерференционной картины, если бы A прошел через другую щель и не запутался с B. Мы знаем, что если состояние B не изменилось, A прошел через другую щель. щель. Так как же простое присутствие В приводит к коллапсу волновой функции А? Взаимодействие не произошло. Если бы произошло взаимодействие, то состояние B изменилось бы. Но как могло бы измениться состояние B, если бы A прошел через другую щель? Это парадоксально.

Тем не менее, это мой главный вопрос. Я видел, как лазер в установке с двумя щелями создавал интерференционную картину в классе. Я хочу сказать, что частица B могла быть любой частицей, плавающей перед щелью. Большинство фотонов увернулось бы от частиц пыли, но с бульоном из всевозможных космических частиц, плавающих вокруг, действительно ли свет от лазера достигает щелей, не взаимодействуя ни с чем на своем пути? Если свет действительно взаимодействует с другими частицами на своем пути, значит ли это, что проблема измерения зависит от того, различима ли просочившаяся информация? Другими словами, эти частицы, с которыми взаимодействует А, несут информацию о том, через какую щель они прошли. Однако, поскольку мы не можем зафиксировать ни одну из этих частиц-свидетелей, А продолжает создавать интерференционную картину. Только в контролируемых условиях, когда мы можем различить состояние частицы B, мы можем получить информацию о том, через какую щель прошла A. Как такая система могла бы знать заранее, сможем ли мы различить такую ​​вещь после события, таким образом решая, должно ли A привести к интерференционной картине или нет?

PS: Если вы думаете, что лазер просто уворачивается от частиц в воздухе, предположим, что мы делаем комнату очень пыльной. Или предположим, что мы проводим эксперимент под водой.

Лазер в воздухе создает тонкую дифракционную картину с двумя (или одной) щелями. Непонятно, зачем вообще нужна запутанность. Очень запутанный вопрос.
Мой вопрос заключается в том, почему он создает дифракционную картину, поскольку фотоны будут взаимодействовать с другими частицами непосредственно перед тем, как пройти через любую щель. Почему эти взаимодействия не считаются измерением, что предотвращает появление дифракционных картин? Запутывание не обязательно, но является следствием взаимодействия фотона с одной из частиц, плавающих перед щелью. В упрощенном примере с A и B запутанная частица может функционировать как детектор направления.
Я изменил свой вопрос, чтобы сказать «коррелированный» вместо «запутанный». Этот язык ближе к тому, что я пытаюсь сделать.
Дело в том, что «коррелированные» и «запутанные» в физике означают точные вещи. В частности, запутанность обычно не является следствием рассеяния фотона какой-либо случайной частицей.
Я подумал, что раз состояние обеих частиц нельзя описать независимо друг от друга, значит, они запутаны или, другими словами, их состояния коррелированы.
Также эта ветка поддерживает мои идеи: quora.com/…
Меня бы не беспокоил «суп из всех видов космических частиц, плавающих вокруг», слишком мало слишком далеко друг от друга, чтобы иметь материю по сравнению с молекулами воздуха. Итак, ваш вопрос заключается в том, действительно ли фотон взаимодействует с молекулами воздуха, верно?
А если бы эксперимент проводился под водой? Разве свет не должен взаимодействовать с молекулами воды? Я начал с формулировки вопроса о молекулах воздуха, потому что я думаю, что это демонстрация, которую показывают большинство студентов на уроках физики. Но в конце своего вопроса я указываю, что эксперимент мог проводиться под водой, поэтому он должен был взаимодействовать с молекулами воды непосредственно перед входом в одну из щелей.
Мой вопрос заключается в том, почему дифракционная картина все еще видна, если свет взаимодействует с частицами непосредственно перед входом в щель. Эти частицы пропускают информацию о том, через какую щель свет прошел в окружающую среду. Почему выход этой информации не приводит к декогеренции?
Как вы думаете, почему обсуждение квора поддерживает ваши идеи? В частности, речь идет о том, сохраняет ли фотон свою запутанность с другим фотоном, когда он отражается от зеркал против случайно поляризующих поверхностей? Какая связь с вашим вопросом?

Ответы (2)

Боюсь, ваш вопрос концептуально очень похож на классические рассуждения Фейнмана: для интерференции вы используете фотоны там, где он использовал электроны; для щелевого обнаружения вы используете молекулы воздуха там, где он использовал фотоны. Я настоятельно рекомендую вам пойти и прочитать его. Это в этой главе лекций . Конкретный эксперимент, о котором я говорил, описан в разделе 1-4 «Эксперимент с электронами», но лучше прочитать всю главу.

Давайте сделаем математику для этой задачи. Мы имеем дело с системой из двух частиц, и если частица А пройдет через одну из двух щелей, то это изменит состояние частицы В. Если начальное состояние формально обозначить как | Б ⟩ , конечное состояние будет другим состоянием | Б ′ ⟩ . Но если частица А пройдет через другую щель, то состояние частицы В не изменится, она по-прежнему будет | Б ⟩ . Затем давайте рассмотрим полное квантовое состояние системы из двух частиц непосредственно перед тем, как частица А попадет на экран. Мы можем формально обозначить это как:

| ψ ⟩ "=" | А 1 ⟩ | Б ⟩ + | А 2 ⟩ | Б ′ ⟩

Здесь | А 1 ⟩ — состояние частицы A, если она проходит через щель 1, и тогда это не влияет на частицу B, и | А 2 ⟩ — это состояние частицы А, если она проходит через другую щель, и тогда это повлияет на состояние частицы В. Вероятность п ( Икс ) частицы A, обнаруженной в некотором положении Икс на экране дается квадратом нормы состояния, полученным проецированием | ψ ⟩ к состоянию частицы А, находящейся в положении Икс . Итак, у нас есть:

п ( Икс ) "=" | ⟨ Икс | А 1 ⟩ | Б ⟩ + ⟨ Икс | А 2 ⟩ | Б ′ ⟩ | 2

Итак, мы имеем линейную комбинацию состояний | Б ⟩ и | Б ′ ⟩ и нам нужно вычислить квадрат нормы этого состояния, это просто внутренний продукт этой линейной комбинации с самим собой. С | Б ⟩ и | Б ′ ⟩ нормированы на 1, имеем:

п ( Икс ) "=" | ⟨ Икс | А 1 ⟩ | 2 + | ⟨ Икс | А 2 ⟩ | 2 + 2 Ре ⁡ [ ⟨ Икс | А 1 ⟩ * ⟨ Икс | А 2 ⟩ ⟨ Б | Б ′ ⟩ ]

Здесь мы видим, что последний член является интерференционным, и он исчезнет, ​​если состояния | Б ⟩ и | Б ′ ⟩ являются ортогональными. Такие состояния тогда являются физически различными состояниями, в то время как состояния, которые не являются ортогональными, нельзя полностью отличить друг от друга. Если состояния не являются ортогональными, то интерференционная картина все еще будет видна, но она будет уменьшена на коэффициент, определяемый перекрытием между двумя состояниями. В этом случае тот факт, что вы не можете точно различить два состояния, означает, что вы не можете с уверенностью сказать, через какую щель А прошла. Но чем надежнее это, тем слабее будет интерференционная картина.

Почему лазеры на открытом воздухе создают интерференционные картины с двумя щелями? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v