Квантавая фізіка

Раздзел 2

Гэты артыкул - другая ўстаноўка да маёй трылогіі "Квантавая фізіка", якая тлумачыць эксперымент з падвойнай шчылінай і яго варыяцыі. Калі вы не прачыталі першую частку, якая тлумачыць асноўны эксперымент з аднолькавымі часціцамі, калі ласка, праверце яго тут, перш чым прачытаць гэта!

Давайце перагледзім.

У папярэднім артыкуле апісаны эксперымент падвойнай шчыліны з адной часціцай:

  1. Я запускаю адзінкавыя фатоны на лісце двайны шчыліны.
  2. Я чакаю ўбачыць 2 гурты.
  3. Замест гэтага я назіраю перашкоды, якія складаюцца з дыскрэтных пакетаў энергіі.
  4. Толькі хвалі ствараюць перашкоды.
  5. Я растлумачыў тлумачэнне Капенгагена, каб растлумачыць гэтыя высновы.
  6. У якім гаворыцца, што фатон паміж дэтэктаваннем існуе як хваля верагоднасцей.
  7. Ён валодае тымі ж ўласцівасцямі, што і фізічная хваля, і мае таксама канструктыўнае / разбуральнае ўмяшанне. Такім чынам, кожная «ўяўная» хваля таксама будзе схільная выпрацоўцы перашкод.
  8. Пры яго выяўленні хвалевая функцыя зноў пераходзіць у лакалізаванае месца.
  9. Становішча плямы адбываецца ў межах абмежаванняў верагоднасці (хвалі) функцыі.
  10. Такім чынам, інтэрферэнцыйная карціна, якая ўзнікае пры запуску вялікай колькасці фатонаў, уяўляе сабой функцыю верагоднасці.

Добры матэрыял, але я ўсё яшчэ абавязаны вам тлумачэннем (а) чаму фатоны паводзяць сябе як хваля і часціца і (б) чаму акт назірання руйнуе хвалевую функцыю.

Пытанне (а) звязана з прынцыпам нявызначанасці, у той час як (б) засяроджваецца вакол эфекту назіральніка.

Гэтыя дзве рамкі ляжаць у аснове квантавай фізікі, таму, перш чым перайсці да больш складаных варыяцый эксперыменту з падвойнай шчылінай, абодва заслугоўваюць тлумачэнняў.

Прынцып нявызначанасці

Да 1926 г. дзівацтвы асобных плям, якія ўтвараюць калектыўную хвалевую карціну, па-ранейшаму даймаюць фізікаў ва ўсім свеце.

Затым прыйшоў Вернер Гейзенберг, і ён прапанаваў яшчэ больш дзіўную тэорыю.

Ён сказаў, што існуе фундаментальная мяжа, да якой мы можам ведаць паводзіны дробных (і, такім чынам, квантавых) часціц. (Насуперак распаўсюджанаму меркаванню, гэта НЕ з-за нашай няўмеласці пры вымярэнні. Хутчэй гэта закон прыроды.)

Гэта азначае, што мы не можам з пэўнасцю вызначыць вынікі фізічных працэсаў на квантавых узроўнях, паколькі яны вызначаюцца працэсам, прынцыпова нявызначаным.

Ён прапанаваў формулу, у якой па сутнасці сказана, што чым дакладней можа быць вядома хуткасць аб'екта, тым менш дакладнай з'яўляецца яго пазіцыя. Памятаеце, што гэта не вынік хібнасці вымярэнняў.

Як следства, квантавыя часціцы не маюць пэўных месцаў, таму што нявызначанасць у імпульсе павінна быць бясконцай.

Іншымі словамі, яны існуюць як накладанне ўсіх магчымых вынікаў, якія дыктуюць пазіцыю часціцы. Яны існуюць як хвалевая функцыя. Прынцып нявызначанасці вырабляе дваісць часціц хваль.

Фатоны, электроны і таму падобнае не існуе ў якасці часціцы. І яны не існуюць як хваля. На самай справе, толькі нядаўна міжнародная група даследчыкаў Сінгапурскага нацыянальнага універсітэта выявіла, што галавакружэнне хвалі / часціц і прынцып нявызначанасці - гэта адно і тое ж.

Вы можаце думаць пра гэта як спробу даведацца пра непазнавальнае. Гэта прынцыпова немагчыма. Вызначэнне непазнавальнага заключаецца ў тым, што яго нельга зразумець, таму любыя спробы даведацца гэта бескарысна. Нават калі гэта ўдаецца, ён больш не застаецца “непазнавальным”. Так, я ведаю ... гэта фінт, які гуляе на антрапагенных азначэннях. Але ён накшталт прынцыпу нявызначанасці.

У гэтым Сусвеце ёсць некаторыя рэчы, якія проста немагчыма вызначыць з пэўнасцю.

Эфект назіральнікаў

Гэта прыводзіць нас да другога прынцыпу квантавай фізікі - "праблемы вымярэння". Звярніце ўвагу, што гэта і прынцып нявызначанасці - два зусім розныя прынцыпы.

Эфект назіральніка сцвярджае, што любое вымярэнне квантавай часціцы прыводзіць да таго, што яго хвалевая функцыя руйнуецца ў межах абмежаваных пэўных верагоднасцей.

Гэта тлумачыць, чаму, нягледзячы на ​​тое, што фатоны існавалі як хвалевая функцыя пасля шчыліны, ён усё яшчэ з'яўляўся на экране як дыскрэтны пакет энергіі.

Акт выяўлення (эфект назіральніка) разбурыў функцыю такім чынам, што фатон будзе выглядаць як дыскрэтнае пляма ў межах яго верагоднасці (прынцып нявызначанасці).

Прынцып нявызначанасці быў прадэманстраваны ў першай ітэрацыі - эксперыменце з падвойнай шчылінай "Адзінкая часціца". Каб пераканаць эфект назіральніка, давайце ўвядзем другую ітэрацыю эксперыменту з падвойнай шчылінай.

Кіраўнік 2а: Эксперымент у які бок

Хоць многія прапаноўваюць розныя тэорыі для тлумачэння вынікаў эксперыменту "Адзінкавая часціца двайны шчыліны" (капенгагенская інтэрпрэтацыя з'яўляецца найбольш пераканаўчай), скептычныя навукоўцы не былі задаволены.

Як магла адбыцца такая ненатуральная з'ява? Яны здзіўляліся.

Таму яны вырашылі зазірнуць у квантавую Сусвет.

Эксперымент

Я абпальваю фатоны, па адным, падвойнай шчылінай.

Я мяркую, што калі я буду страляць дастаткова, павінна з'явіцца схема ўмяшання, якая складаецца з дыскрэтных плям. (вашы чаканні слушныя)

На гэты раз, аднак, я ўсталяваў дэтэктар перад шчылінай. Я хачу ведаць, праз якую шчыліну прайшоў фатон, каб раскрыць сакрэт квантавай дзівацтва.

Вынік?

Інтэрферэнцыйная схема больш не ўтвараецца, бачныя 2 паласы фатонных плям ... Сам акт майго назірання за фатамі прынцыпова змяняе вынік эксперыменту.

Пачакайце ... што?

Простае назіранне фатонаў прымусіла іх вярнуцца да здабыцця простых уласцівасцяў часціц.

Як быццам квантавая Сусвет гуляе за заслонай, і калі я спрабую раскрыць яе змест, ён спыняе сваё існаванне. Фатоны вяртаюцца да паводзін, як часціцы, як я б чакала, што яны ў класічным Сусвеце, і падарожнічаюць праз любую шчыліну, утвараючы 2 простых палосы. Хвалі функцыі ўжо не існуе. Любое вымярэнне, якое я прымаю пасля гэтага, будзе сувымернае з пачатковым.

Гэта становіцца больш дзіўным.

Кіраўнік 2b: Эксперымент з адтэрміноўкай выбару

Цяпер я як навуковец вельмі расчараваны.

Мне трэба прыдумаць спосаб перахітрыць квантавы Сусвет; Такім чынам, я вырашаю размясціць дэтэктар толькі пасля шчыліны і толькі перад экранам выяўлення.

Калі Квантовая Сусвет не хоча ахвотна паказваць мне сваю ўнутраную працу, я павінен гэта зрабіць.

Я мяркую, што фотаны пасля выхаду з крыніцы будуць існаваць як хваля верагоднасцей. Гэтая хвалевая функцыя праходзіць праз двайную шчыліну і ўзаемадзейнічае паміж сабой, як у першай ітэрацыі. Фатон, як звычайна, "праходзіць" праз абедзве шчыліны адначасова.

Толькі ў апошнюю хвіліну я вырашыў назіраць за фатонам.

Робячы гэта, я, такім чынам, спадзяюся, што фатонам не даюць часу «дзейнічаць як бы часціцы», паколькі яны ўжо прайшлі праз шчыліны, як хваля, і ўзаемадзейнічалі з самім сабой, імкнучыся стварыць узор перашкод, таму не павінна быць ніякіх паварочваючыся назад.

І ўсё ж,

Вы здагадаліся, жарт быў на мне. Па-ранейшаму малюнак перашкод не вырабляецца. Бачныя толькі 2 простыя паласы. Падумайце, наколькі дзіўна гэта на самай справе.

Гэта апошняе хвіліннае назіранне за фатонам так ці інакш заднім чыслом прымусіла гісторыю яго змяніць.

Гэта амаль так, як быццам ён вярнуўся ў часе, каб сказаць фатону ў крыніцы, што "вы выявяцца пазней, таму лепш дзейнічайце як часціца і праходзіце толькі праз адну шчыліну".

Любы эксперымент, які адназначна вызначае, які шлях прайшоў фатон, прымушае яго разбурацца і паводзіць сябе так, як быццам гэта заўсёды была простая часціца.

Не мае значэння, дзе і калі вы робіце назіранне. Для фатонаў няма "пункту вяртання". Нават пасля таго, як мяркуецца, ён узаемадзейнічаў з самім сабой пасля праходу праз шчыліны.

Гэта эфект назіральнікаў.

Такім чынам,

У той час як Прынцып нявызначанасці цягне за сабой квантавыя часціцы, якія існуюць у якасці хвалі (суперпазіцыі) магчымых станаў - не знаходзячыся ні ў адным месцы ў любы момант часу,

Эфект назіральніка прымушае гэтую хвалевую функцыю руйнуцца ў адпаведнасці з яе верагоднасцю вызначэння пры выяўленні, і робіць яго здацца, што гэта часціца на працягу ўсяго часу.

А цяпер уявіце, што вы былі нобелеўскім фізікам. Вы набралі самыя высокія балы ў школе, скончылі з адзнакай першага класа ў Кембрыджы, нават не парушыўшы пот, панавалі над усімі аднагодкамі, сталі самым маладым лаўрэатам Нобелеўскай прэміі за апошнюю гісторыю.

Ты ненавідзіш губляць.

Асабліва не для нежывой, не мыслячай сутнасці, якой з'яўляецца Квантавая Сусвет.

Вы чухаеце мазгі дзень і ноч, думаючы пра лепшую ітэрацыю эксперыменту. Тая, якая можа раз і назаўсёды перахітрыць Сусвет і спыніць квантавую дыскусію.

Вы думаеце пра спосаб нейкім чынам назіраць за часціцай і праз якую шчыліну яна прайшла толькі пасля яе выяўлення.

Вы можаце здагадацца пра вынік?

Спадзяюся, што вы пайшлі!

Сачыце за наступнай і апошняй устаноўкай маёй серыі па квантавай фізіцы!
Я спадзяюся, што гэты кавалак прымусіў вас старанна распытаць усё, у што вы думалі, у што верылі. У наступны раз, калі вы будзеце спрабаваць знайсці пра што пагаварыць з іншымі сваімі паловамі, не проста вяртайцеся да сваіх тэлефонаў, паспрабуйце гэта! Я ўпэўнены, што гэта атрымаецца вельмі змястоўнай дыскусіяй.
Калі вам спадабаўся гэты артыкул, азнаёмцеся з маёй старонкай! Я абяцаю, што ўсе яны сапраўды цікавыя!