Почему в эксперименте с двумя щелями с электронами случай с одной щелью не дифрагирует, как фотоны?

Согласно квантовой механике, нельзя говорить о положении частицы, а только о вероятности положения частицы. Волновая функция — это функция, произведение которой на сопряженную дает распределение вероятностей положения частицы. Поскольку известно, что частица находится где-то в диапазоне, волновая функция должна быть нормируемой. Волновая функция частицы определяется из знаменитого уравнения Шредингера.

Дифракцию фотонов можно объяснить корпускулярно-волновым дуализмом, но когда речь идет о такой частице, как электрон, необходимо ввести понятие волновой функции. Поэтому, когда электроны распыляются через одну щель, их волновые функции дифрагируют. Вероятность положения электрона имеет волновую форму и при прохождении через щель вид вероятности положения электрона изменяется. Вот почему, даже если вы посылаете электроны один за другим через одинарную или двойную щель, вы наблюдаете дифракцию и интерференцию. Однако существует эффект наблюдателя.

Ранее в 20-м веке была известная дискуссия о положении частицы непосредственно перед выполнением измерения. Было предложено три ответа: агностический, реалистический и ортодоксальный. Для получения более подробной информации по этому вопросу вы можете обратиться к учебнику по квантовой механике Гриффитса. В результате хорошо подготовленного эксперимента выясняется, что частица реально нигде не находилась. Но сразу после измерения обнаруживается, что частица находится там, где она была измерена. Таким образом, в результате этого явления наблюдается коллапс волновой функции частицы после измерения. Это также должно ответить на ваш вопрос. Чтобы прояснить эффект наблюдателя, некоторые учебники (например, Сервей-Джеветт в разделе современной физики) приводят цифры, согласно которым электроны не дифрагируют после прохождения через одну щель. Это происходит только тогда, когда положение электрона измеряется до прохождения через щель. Это измерение приводит к коллапсу его волновой функции, и электрон ведет себя как твердый маленький шарик, как это изображается в классической механике. Это также имеет место в эксперименте с двумя щелями, если вы измеряете положение электрона. Вы просто коллапсируете волновую функцию таким образом и каким-то образом заставляете ее находиться в этом положении.

Чтобы ответить на вопрос напрямую, я процитирую пользователя AI: «Поэтому, когда электроны распыляются через одну щель, их волновые функции дифрагируют». Вы должны прочитать ответ AI для обсуждения важных деталей QM.

Рисунок в вопросе несколько вводит в заблуждение, потому что он не показывает полосы за пределами центрального максимума для дифракции с одной щелью. Я некоторое время гуглил это, и кажется, что большинство ресурсов на самом деле не хотят обсуждать интерференцию одной щели для электронов или любых частиц в этом отношении. Я предполагаю, что это связано с тем, что полосы более высокого порядка практически незначительны по сравнению с центральным максимумом, поэтому большинство ресурсов просто сосредоточены на захватывающем, более выраженном результате двухщелевой интерференции с частицами. Когда они обсуждают закрытие одной щели, они рассматривают это как полный коллапс волновой функции и игнорируют низкоинтенсивные полосы более высокого порядка, которые возникают естественным образом.