Если вы просто хотите посчитать прохождение волны, вам не нужны квантовые вычисления, это чисто классический эффект. Если вы хотите посчитать, как именно плоскость поляризации вращается при прохождении через поляризатор, степень погружения в детали зависит от конкретного устройства поляризатора. Если это просто металлические нитки, все считается чисто классически. Если это какой-то кристалл, там нужно хотя бы частично использовать кванты.
Простые изоляторы — пассивные, это просто поляризационный делитель луча и клетка Фарадея. Они полностью блокируют луч, проходящий в обратном направлении.
"невзаимные" девайсы обычно активные.
Зато его геометрическое положение изменится.
В каком смысле? Допустим, мы поставили зеркало после фильтра. Отраженная поляризация будет такой же, как входящая.
но в оптике-то нет такой вещи, как истинное одностороннее зеркало или фильтр, пропускающие свет только в одну сторону.
Вообще, есть: от обычных циркуляторов или изоляторов, которые разделяют путь "обратно" в другую сторону, до "невзаимных" (non-reciprocal) девайсов, которые пропускают только в одну сторону.
и изменения угла на глянцевых.
Если что, угол линейной поляризации не изменится при отражении.
Иногда сложно увидеть, какие моменты окажутся сложными и непонятными. Здорово, что комментаторы как @celen добавляют правильности статье.
А что до деталей: это всегда компромисс между тем, насколько надо погрузиться и в какой момент остановиться. Вроде бы не хочется служить учебником по физике тоже, поэтому я стараюсь указывать важные моменты в надежде, что эти кодовые слова укажут, куда смотреть дальше. В частности, в данной статье основная цель была указать, что никакой квантовости не нужно, а не разобрать детально всю физику происходящего.
И отдельный интересный вопрос, как эти фильтры способны на такую магию, но это поди ещё страниц 20...
На самом деле, самый простой поляризатор — просто набор тонких металлических ниток, натянутых в одном направлении. Свет вдоль ниток создает ток электронов в них, и нитки ведут себя как зеркало, отражая большую часть света. Свет с поляризацией поперек не возбуждает никаких электронов и ведет себя как диэлектрик, проходя насквозь. Многие поляризаторы работают на таком же принципе, только на уровне молекул.
Хм, я не очень понимаю. Мы говорим про классическую физику, тут нет никакой квантовости.
Как вы понимаете энергию в данном контексте?
Энергия с физической точки зрения имеет смысл, когда мы говорим о возможности системы выполнить какую-то работу. И там будет иметь смысл только средняя за период энергия, а не мгновенная величина в какой-то точке.
Вы можете посмотреть поток энергии (вектор Поинтинга) в каждой точке волны, он будет обращаться в конкретный момент времени в каком-то месте в ноль. Но зато в других местах он большой — вроде бы обычный волновой процесс.
Ну если так рассуждать, то тогда с какого его поляризация меняется, если он проходит? Там всё-таки немного по-другому получается. Переизлучения всякие.
Это два разных вопроса: почему поляризатор вообще вращает поляризацию (и там вам нужно описывать переизлучение и прочее) и качественное описание эксперимента, где известно действие поляризатора на фотон. Для того, чтобы задать квантовую операцию, не обязательно вдаваться в детали того, как именно это происходит.
В чем дело: когда мы говорим об одиночном фотоне не имеет большого смысла говорить о статистике, распределении и т.п.
Не совсем, когда мы говорим об одиночном фотоне, мы его описываем волновой функцией, которая по определению задает статистику измерений. Конечно, любые подобные эксперименты проводятся с большим количеством повторений.
Т.е. речь идёт всё же пусть об очень слабом, но всё же потоке фотонов.
Не обязательно, мы можем буквально испускать одиночные фотоны по нажатию кнопки и повторять эксперимент множество раз.
А раз говорим о потоке, то собственно говоря - какая разница? Какова его интенсивность? Одиночные фотоны или солнечный свет - результат и описание будут теми же.
Нет, не теми же. Когда вы берете ансамбль фотонов разом, у вас пропадают все замечательные свойства суперпозиции и прочего квантового. Вы не будете наблюдать никаких нарушений неравенств Белла. Конечно, вы можете использовать матаппарат квантов для вычисления результата в этом случае тоже, но он покажет вам исключительно классически выглядящий результат.
Фундаментально, есть большая разница между одиночными фотонами и слабым лазерным лучом: в их статистике. Лазерный луч следует пуассоновскому распределению. Одиночные фотоны — нет. Поэтому лазерный луч, например, не будет проявлять квантовых эффектов (например, anti-bunching). Поэтому люди так парятся над созданием источников одиночных фотонов, а не просто ставят фильтр для лазерного луча.
Так что ролик не так уж и неправ, я хочу сказать.
Вот видите, в этом вся проблема подобных роликов: в них есть зерно истины, но они мешают мух с котлетами. Они говорят про то, что вы якобы наблюдаете квантовый эффект, который "страннее, чем кажется", и пытаются описывать его через квантовые вычисления. Но это абсолютно неверно: ни один из эффектов, про которые они говорят, не появляется в данном эксперименте, как его ни описывай (классически или квантово).
Ну как-то с электронами это не проблема. Зачем помечать, если мы постановкой эксперимента можем гарантировать что других фотонов кроме излучённых нет?
Электроны тоже неразличимы. Я не очень понял тогда, к чему вы, почему вы говорите про "один и тот же фотон".
Все эксперименты (в т.ч.) и по квантовой криптографии, про которые я читал - либо работают с "лучём" - т.е. потоком фотонов. Либо принимают отдельные фотоны, от источника, который излучает как хочет.
Некоторые криптоалогритмы действительно могут работать с лучом, но только некоторые. Как я писал выше, в общем случае поток фотонов (слабый луч) не обладает нужной статистикой для использования в квантовых экспериментах. Почитайте про источники одиночных фотонов, 99% всех современных экспериментов с одиночными фотонами работают с ними.
Я совершенно согласен с вами! У меня вообще непопулярное мнение, что научпоп — зло (я даже про это написал целый пост). В современном виде он приносит больше вреда, чем пользы.
У меня сложные отношения с ним. С одной стороны, его часто делают люди, которые реально работают в науке и понимают о чем говорят. С другой стороны, таких людей очень мало, у них малый опыт в этом всем, а конкуренции нет, и в итоге качество очень прыгает от материала к материалу. С третьей стороны, аудитория тоже очень маленькая, так что все держится исключительно на энтузиазме самих авторов и их желании нести свет в массы, а не какой-то материальной поддержке. Это сказывается на качестве тоже, т.к. у авторов нет ответственности за материал (особенно в области проверки фактов).
В общем, в англоязычном научпопе есть ресурсы с гораздо более высоким уровнем, чем в русскоязычном. Но в среднем русскоязычные материалы все же выше качеством.
А вот стало интересно - а можно ли вообще провести такой опыт с одиночными фотонами?
Конечно, проводили много раз.
Ведь через поляризатор не может пройти "полфотона".
Фотон имеет вероятность пройти и не пройти
И в каком смысле одиночными?
Буквально квант энергии заданной длины волны
И вообще хоть раз кто-нибудь проводил эксперимент, чтобы один фотон излучался и он же поглощался?
Это не очень верная постановка вопроса: фотоны с одной энергией неразличимы, их нельзя "пометить". Поэтому мы не можем сказать, это он же излучался или поглощался или нет. Если энергия фотона не изменилась, его считают тем же.
Но давайте добавим туда ещё волну с углом поляризации в 45°. Первый фильтр, как опять же говорится в статье, его частично пропустит. Ну, скажем, половину.
71%, как написано в статье:) Но так все верно.
Но ведь какая-то часть этой исходной волны должна была пройти через два поляризационных фильтра с взаимноперпендикулярной поляризацией
Почему? Первый фильтр поворачивает волну из 45° в Г поляризацию, например. Второй фильтр под В поляризацией полностью ее отрежет.
неужели первый фильтр её "подрихтовал" и довернул до своей поляризации и соответственно до 90° по отношению ко второму фильтру?
Фильтр — не просто полупропускающая пластинка, он меняет состояние поляризации света. Поэтому в зависимости от ориентации пластинки результат оказывается разным и порядок имеет значение.
Фильтр не просто фильтрует свет на 100%, если его поляризация не совпадает с фильтром, а поворачивает его поляризацию и частично пропускает. Два фильтра под 90° полностью блокируют пропускание. А три фильтра идут один за другим под 45°, так каждый из них пропускает часть и поворачивает ее поляризацию.
Ваша статья оставляет у читателя многовато вопросов.
Так отлично, для этого же есть комментарии, я всегда рад ответить!
Вот например: а что есть сам закон Малуса имеет квантовую природу?
Конечно, все законы имеют квантовую природу. Но в данном случае, для описания явления не нужно применять квантовость ни на каком этапе.
На ней изображено так, как будто бы поляризатор пропустил только желтую волну, а остальные поглотил. В действительности от оранжевой и синей волн останется часть волны, поляризованная и с уменьшенной амплитудой.
Так о том и речь же, что каждая компонента проецируется на соответствующий базис поляризатора. Вроде я об этом и пишу всю статью.
В действительности, конечно, это обычное свойство любой поперечной волны, и оно может быть проиллюстрировано, например, веревкой, привязанной к колышку за скользящую петлю или, что проще, гитарной струной, колебаний которой музыкант пробует остановить, прижимая ее к ладу или защипывая.
Тут надо рассказывать не совсем об этом, а о том, что если веревка проходит через щель, то вне зависимости от направления колебаний веревки до щели, после они всегда остаются в плоскости щели (с уменьшенной амплитудой). Это классный эксперимент, но я не нашел хорошей демонстрации, а без нее не увидел особого смысла писать. Но я согласен, что такие аналогии помогают.
У меня примерно так: люди, которые занимаются конкретной моделью, понимают под ТМ эту модель. Люди, которые занимаются наблюдаемыми эффектами, понимают под ТМ именно эффекты, как и люди, которые занимаются ТМ в целом, без привязки к конкретике. Короче, сложно :D Но я всегда предпочитаю понимать термин как "заглушку" для пробела в наших теориях, так не нужно уточнять никаких подробностей.
Моя любимая интерпретация термина "dark matter" — "темные делишки" Вселенной, которыми она нас пытается запутать.
Термин "темная материя" — это не отсылка к конкретной концепции, а совокупность наблюдаемых эффектов, по крайней мере в нынешней трактовке термина (по моему опыту общения с людьми, которые ей занимаются). МОНД объясняет эффекты темной материи. Вимпы-аксионы-виспы-темный фотоны-мачо и прочия, и прочия, все тоже объясняют эти эффекты.
Есть конкретный термин Cold Dark Matter (CDM из ΛCDM), вот он относится к вимпам и прочей холодной ТМ. Но когда мы говорим просто "темная материя", мы обычно имеем в виду пробел в наших теориях, а не конкретную теорию. Это что-то, что взаимодействует гравитационно и не взаимодействует электромагнитно. А уж что это: гравитационное поле или поле каких-то частиц — это отдельный вопрос.
Конечно, в каком-то контексте ТМ может использоваться и как конкретная гипотеза.
О, классная мысль! Да, все верно, по крайней мере в идеальном случае. На практике, конечно, на каждом фильтре есть довольно значительные потери.
Но замечу, что обычная полуволновая пластинка делает ровно это самое.
Если вы просто хотите посчитать прохождение волны, вам не нужны квантовые вычисления, это чисто классический эффект. Если вы хотите посчитать, как именно плоскость поляризации вращается при прохождении через поляризатор, степень погружения в детали зависит от конкретного устройства поляризатора. Если это просто металлические нитки, все считается чисто классически. Если это какой-то кристалл, там нужно хотя бы частично использовать кванты.
Простые изоляторы — пассивные, это просто поляризационный делитель луча и клетка Фарадея. Они полностью блокируют луч, проходящий в обратном направлении.
"невзаимные" девайсы обычно активные.
В каком смысле? Допустим, мы поставили зеркало после фильтра. Отраженная поляризация будет такой же, как входящая.
Вообще, есть: от обычных циркуляторов или изоляторов, которые разделяют путь "обратно" в другую сторону, до "невзаимных" (non-reciprocal) девайсов, которые пропускают только в одну сторону.
Если что, угол линейной поляризации не изменится при отражении.
Иногда сложно увидеть, какие моменты окажутся сложными и непонятными. Здорово, что комментаторы как @celen добавляют правильности статье.
А что до деталей: это всегда компромисс между тем, насколько надо погрузиться и в какой момент остановиться. Вроде бы не хочется служить учебником по физике тоже, поэтому я стараюсь указывать важные моменты в надежде, что эти кодовые слова укажут, куда смотреть дальше. В частности, в данной статье основная цель была указать, что никакой квантовости не нужно, а не разобрать детально всю физику происходящего.
На самом деле, самый простой поляризатор — просто набор тонких металлических ниток, натянутых в одном направлении. Свет вдоль ниток создает ток электронов в них, и нитки ведут себя как зеркало, отражая большую часть света. Свет с поляризацией поперек не возбуждает никаких электронов и ведет себя как диэлектрик, проходя насквозь. Многие поляризаторы работают на таком же принципе, только на уровне молекул.
Хм, я не очень понимаю. Мы говорим про классическую физику, тут нет никакой квантовости.
Как вы понимаете энергию в данном контексте?
Энергия с физической точки зрения имеет смысл, когда мы говорим о возможности системы выполнить какую-то работу. И там будет иметь смысл только средняя за период энергия, а не мгновенная величина в какой-то точке.
Вы можете посмотреть поток энергии (вектор Поинтинга) в каждой точке волны, он будет обращаться в конкретный момент времени в каком-то месте в ноль. Но зато в других местах он большой — вроде бы обычный волновой процесс.
Энергия определяется для волны на периоде, а за период волна уже "убегает" через точку, где был ноль.
Это два разных вопроса: почему поляризатор вообще вращает поляризацию (и там вам нужно описывать переизлучение и прочее) и качественное описание эксперимента, где известно действие поляризатора на фотон. Для того, чтобы задать квантовую операцию, не обязательно вдаваться в детали того, как именно это происходит.
Не совсем, когда мы говорим об одиночном фотоне, мы его описываем волновой функцией, которая по определению задает статистику измерений. Конечно, любые подобные эксперименты проводятся с большим количеством повторений.
Не обязательно, мы можем буквально испускать одиночные фотоны по нажатию кнопки и повторять эксперимент множество раз.
Нет, не теми же. Когда вы берете ансамбль фотонов разом, у вас пропадают все замечательные свойства суперпозиции и прочего квантового. Вы не будете наблюдать никаких нарушений неравенств Белла. Конечно, вы можете использовать матаппарат квантов для вычисления результата в этом случае тоже, но он покажет вам исключительно классически выглядящий результат.
Фундаментально, есть большая разница между одиночными фотонами и слабым лазерным лучом: в их статистике. Лазерный луч следует пуассоновскому распределению. Одиночные фотоны — нет. Поэтому лазерный луч, например, не будет проявлять квантовых эффектов (например, anti-bunching). Поэтому люди так парятся над созданием источников одиночных фотонов, а не просто ставят фильтр для лазерного луча.
Вот видите, в этом вся проблема подобных роликов: в них есть зерно истины, но они мешают мух с котлетами. Они говорят про то, что вы якобы наблюдаете квантовый эффект, который "страннее, чем кажется", и пытаются описывать его через квантовые вычисления. Но это абсолютно неверно: ни один из эффектов, про которые они говорят, не появляется в данном эксперименте, как его ни описывай (классически или квантово).
Электроны тоже неразличимы. Я не очень понял тогда, к чему вы, почему вы говорите про "один и тот же фотон".
Некоторые криптоалогритмы действительно могут работать с лучом, но только некоторые. Как я писал выше, в общем случае поток фотонов (слабый луч) не обладает нужной статистикой для использования в квантовых экспериментах. Почитайте про источники одиночных фотонов, 99% всех современных экспериментов с одиночными фотонами работают с ними.
Я совершенно согласен с вами! У меня вообще непопулярное мнение, что научпоп — зло (я даже про это написал целый пост). В современном виде он приносит больше вреда, чем пользы.
Так о том и речь
У меня сложные отношения с ним. С одной стороны, его часто делают люди, которые реально работают в науке и понимают о чем говорят. С другой стороны, таких людей очень мало, у них малый опыт в этом всем, а конкуренции нет, и в итоге качество очень прыгает от материала к материалу. С третьей стороны, аудитория тоже очень маленькая, так что все держится исключительно на энтузиазме самих авторов и их желании нести свет в массы, а не какой-то материальной поддержке. Это сказывается на качестве тоже, т.к. у авторов нет ответственности за материал (особенно в области проверки фактов).
В общем, в англоязычном научпопе есть ресурсы с гораздо более высоким уровнем, чем в русскоязычном. Но в среднем русскоязычные материалы все же выше качеством.
Конечно, проводили много раз.
Фотон имеет вероятность пройти и не пройти
Буквально квант энергии заданной длины волны
Это не очень верная постановка вопроса: фотоны с одной энергией неразличимы, их нельзя "пометить". Поэтому мы не можем сказать, это он же излучался или поглощался или нет. Если энергия фотона не изменилась, его считают тем же.
71%, как написано в статье:) Но так все верно.
Почему? Первый фильтр поворачивает волну из 45° в Г поляризацию, например. Второй фильтр под В поляризацией полностью ее отрежет.
Именно так, фильтр вращает поляризацию.
Фильтр — не просто полупропускающая пластинка, он меняет состояние поляризации света. Поэтому в зависимости от ориентации пластинки результат оказывается разным и порядок имеет значение.
Фильтр не просто фильтрует свет на 100%, если его поляризация не совпадает с фильтром, а поворачивает его поляризацию и частично пропускает. Два фильтра под 90° полностью блокируют пропускание. А три фильтра идут один за другим под 45°, так каждый из них пропускает часть и поворачивает ее поляризацию.
Должно сработать, конечно. Не уверен, почему расстояние должно быть полдлины волны: вроде не имеет значения (если не формировать стоячую волну).
Это проблема не только ютюба, а большей части научпопа в целом. Очень редко попадается научпоп, который правильно подходит к подаче научного контента.
Так отлично, для этого же есть комментарии, я всегда рад ответить!
Конечно, все законы имеют квантовую природу. Но в данном случае, для описания явления не нужно применять квантовость ни на каком этапе.
Так о том и речь же, что каждая компонента проецируется на соответствующий базис поляризатора. Вроде я об этом и пишу всю статью.
Тут надо рассказывать не совсем об этом, а о том, что если веревка проходит через щель, то вне зависимости от направления колебаний веревки до щели, после они всегда остаются в плоскости щели (с уменьшенной амплитудой). Это классный эксперимент, но я не нашел хорошей демонстрации, а без нее не увидел особого смысла писать. Но я согласен, что такие аналогии помогают.
У меня примерно так: люди, которые занимаются конкретной моделью, понимают под ТМ эту модель. Люди, которые занимаются наблюдаемыми эффектами, понимают под ТМ именно эффекты, как и люди, которые занимаются ТМ в целом, без привязки к конкретике. Короче, сложно :D Но я всегда предпочитаю понимать термин как "заглушку" для пробела в наших теориях, так не нужно уточнять никаких подробностей.
Моя любимая интерпретация термина "dark matter" — "темные делишки" Вселенной, которыми она нас пытается запутать.
Термин "темная материя" — это не отсылка к конкретной концепции, а совокупность наблюдаемых эффектов, по крайней мере в нынешней трактовке термина (по моему опыту общения с людьми, которые ей занимаются). МОНД объясняет эффекты темной материи. Вимпы-аксионы-виспы-темный фотоны-мачо и прочия, и прочия, все тоже объясняют эти эффекты.
Есть конкретный термин Cold Dark Matter (CDM из ΛCDM), вот он относится к вимпам и прочей холодной ТМ. Но когда мы говорим просто "темная материя", мы обычно имеем в виду пробел в наших теориях, а не конкретную теорию. Это что-то, что взаимодействует гравитационно и не взаимодействует электромагнитно. А уж что это: гравитационное поле или поле каких-то частиц — это отдельный вопрос.
Конечно, в каком-то контексте ТМ может использоваться и как конкретная гипотеза.