Щелкните здесь для публикации.
Проведя этот эксперимент, я получил чистые результаты. По сути, двойная щель создается путем помещения фотонного луча на проволоку с ортогональными поляризаторами с обеих сторон. Это разрушает ожидаемую интерференционную картину, поскольку поляризованные фильтры «измеряют» путь фотонов. Однако, если разместить поляризатор под углом 45 градусов, который позволяет проходить ортогональным световым волнам, интерференционная картина восстанавливается. Согласно статье, это «квантовый ластик», так как природа волны была разрушена перпендикулярными поляризаторами, а затем восстановлена 45-градусным фильтром.
При этом я также понимаю, что классические законы Френеля-Араго гласят, что ортогональные волны не интерферируют. В Википедии также упоминается, что когда [детекторы частиц находятся у щелей][], волновая функция должна коллапсировать. Но в нем также говорится, что этот эксперимент никогда не публиковался. Здесь у нас есть эксперимент, который помещает «детектор» в щели, и, насколько утверждает журнал Scientific American, он разрушил и даже восстановил волновую функцию. Теперь я могу сделать только 2 вывода по этому поводу:
1) Законы Френеля-Араго были предшественником квантовой механики, и нет никакого вмешательства, потому что информация просочилась во внешнюю среду 2) Это чисто классический эксперимент и может быть объяснен как таковой
Является ли этот эксперимент просто демонстрацией классической оптики или в этом действительно есть квантовая природа? Мне также интересно, есть ли у Френеля и Араго объяснение природы ортогональных световых волн, или единственной причиной является квантово-механический коллапс волны из-за наблюдения. Есть ли у кого-нибудь информация об этом?
Большое спасибо за ваши мысли! Это проект научной ярмарки для моей старшей школы, поэтому я был бы очень признателен за него, так как я больше не знаю, должен ли я представить его как классический поворот эксперимента с двумя щелями или как настоящее квантово-механическое явление.
Этот эксперимент можно полностью объяснить в рамках классической физики. Так и должно быть, потому что лазерные указки создают когерентные состояния , точно соответствующие предсказаниям классической электродинамики. Однако это очень хорошая аналогия парадоксов, с которыми вы столкнетесь в эксперименте с квантовым ластиком с электронным лучом.
Причина, по которой аналогия хороша, заключается в том, что свет в классической трактовке описывается волновым уравнением, которое очень похоже на уравнение Шредингера для одиночной массивной частицы. Таким образом, волновые функции будут дифрагировать, создавая отдельные капли, если им предоставлена одна щель, и интерферировать, образуя полосы, если им предоставлены две щели. Вы можете дополнительно закодировать две разные волны в одной частице, используя степень свободы спина 1/2, точно так же, как степень свободы поляризации электромагнитной волны.
Мы не находим эту ситуацию парадоксальной в классической механике, потому что свет, падающий на экран, нельзя рассматривать как набор дискретных «пакетов», а его интенсивность находится в континууме. Нет смысла спрашивать, «откуда взялся свет, создающий эту яркую полосу?» потому что он исходит из обеих щелей. Если вы поместите детектор на каждую из щелей, вы заметите , что половина мощности проходит через каждую щель. В классической физике это происходит независимо от того, насколько мала мощность лазера.
Предположим теперь, однако, что вы заменяете свой лазер электронной пушкой. Поскольку волновая механика остается (почти) той же, интерференционные полосы - или их отсутствие - в волновой функции и, следовательно, в вероятности обнаружения не изменятся. Однако электроны довольно часто ведут себя как частицы. При достаточно низких потоках электронов вы когда-либо измеряете только одноэлектронные удары на вашем детекторе, и вы можете гарантировать, что в устройстве всегда присутствует только один электрон. Если вы поставите детекторы сразу после щелей, вы ненаблюдать полуэлектроны. Именно здесь начинается парадокс: если, когда я наблюдаю за щелями, электрон всегда находится только в одной из двух, то как получается, что интерференционная картина меняется, если у меня есть доступ к информации «в какую сторону»? Обратите внимание, однако, что именно этот дополнительный слой частиц делает квантовый ластик странным.
Наконец, что со светом? Можно ли провести «квантовую» версию этого эксперимента с использованием света? В конце концов, свет тоже приходит в виде фотонов, и вы можете выключить мощность вашего лазера настолько, чтобы на экране отображались только одиночные вспышки, верно? Ну, для одного вам нужно разгладить несколько морщин. Например, вам нужно убедиться, что эти одиночные вспышки действительно являются свойством света, а не детектора; существуют вполне разумные модели , объясняющие фотоэффект квантованием только атомов, а не поля. Это означает, в частности, что вам нужно заменить свой лазер на один источник фотонов, что является совершенно другим зверем.
Однако даже в этом случае эксперимента недостаточно, чтобы быть парадоксом. Причина этого в том, что фотоны на самом деле не имеют позиций, траекторий или даже волновых функций. Это одиночные возбуждения соответствующих классических мод, а сами моды демонстрируют интерференционное и волновое поведение. (Действительно, эксперименты, в которых вы заставляете фотоны вести себя как волны частиц, — это совсем другое .) Таким образом, хотя вы можете провести измерение квантового ластика с отдельными фотонами, ситуация более сложная и требует более тонкого анализа.
Анализ наличия или отсутствия информации о направлении и последствий для интерференционной картины является чисто квантовым анализом. Теперь существуют различные экспериментальные устройства для появления или исчезновения информации о направлении. Для этого не обязательно использовать поляризаторы (можно использовать зеркала, светоделители и детекторы). Даже если в этом конкретном эксперименте использовались поляризаторы, интерес представляет не возможный классический анализ (ортогональные волны не интерферируют), а квантовый анализ. Точнее, в вашем эксперименте два анализа (классический и квантовый) верны из-за очень специфических экспериментальных устройств, но фундаментальный анализ является квантовым, и квантовый анализ все равно будет верным, даже если вы этого не сделаете.
Я попытался провести эксперимент, чтобы ответить на этот вопрос, используя реальную установку с двумя щелями. Как и ожидалось, я не получил двухщелевой интерференции, когда установил ортогональные поляризаторы. Однако я получил интерференцию с одной щелью. Это было бы полностью совместимо с классическими законами Френеля-Араго, потому что между ортогональными лучами не возникало интерференции, но лучи интерферировали сами с собой. С другой стороны, в статье, на которую вы ссылаетесь, утверждается, что введение поляризаторов разрушило волновую природу света. Однако наличие однощелевых дифракционных картин, обусловленное волновой природой света, явно противоречит этому утверждению. Вы, вероятно, не наблюдали этого явления, потому что не использовали щели, а использовали провод для разделения путей. Используя просто проволоку, вы не сможете наблюдать картины одиночных щелей. Итак, я думаю, можно с уверенностью сказать, что установка, описанная в статье в Scientific American, не демонстрирует квантового явления.
пользователь36902
Тримок
Жиль