Ну а гипотезу "а вдруг квантовая механика неправильная, а уравнения Максвелла правильные" я при обсуждении научпопа не рассматриваю, да вроде и никто здесь пока всерьез не хотел:)
И да, всё-таки. Если бы не было чисто квантовой суперпозиции состояний поляризации фотона - то не было бы и соответствующего эффекта в уравнениям Максвелла.
Всё. Это значит, что они имеют полное право говорить так, как они говорят. Мы наблюдаем глазами квантовый эффект. Такова суть. (За тонкостями их стиля изложения, как и говорил выше, я не следил).
Но может и зря я, конечно, завел всё это. Потому что вы родных научпоперов обижали, которых я даже не читал:) Формально же вы и не спорите: "да, в глубине есть квантовый механизм". И мне формально тоже трудновато будет спорить: с точки зрения классической электродинамики всё вполне объяснимо, а как уж оно там с квантовой точки зрения, пусть даже и вторичного только квантования - всё-таки отдельный (при желании так об этом думать) вопрос.
Может, и правильно лучше акцентировать внимание на том, что ухо надо держать востро. Но мне (как научпоперу в душе) больше хочется, чтобы было понятно и даже видно хотя бы то, что понятно и видно - и "как на самом деле" (хотя "как на самом деле мы не знаем, а только на настоящий момент мы думаем так"), а не как только лишь в 19 веке:)
>Так в том-то и дело, что они сначала сами придумали, что надо >рассматривать тут почему-то одиночные фотоны, а не >электромагнитную волну, и сами же решили, что это квантовый >эффект, наблюдаемый своими глазами.
Ну всё же не совсем сами:) Одиночные фотоны тут всё же ведут себя полностью как не одиночные (тонкие отличия надо поискать, проявив недюжинную виртуозность). И это всё использовали всякие очень уважаемые личности в прошлом при рассмотрении подобных эффектов (и достаточно популярно тоже). Если конечно мне не изменяет память и я что-то не перепутал.
Я понимаю, что "это то же самое" и "это совсем другое" - позиции, во многом сводящиеся ко вкусу и прочей не относящейся уж прямо и непосредственно к делу (хотя и дорогое нашему восприятию) психологии. Кто что акцентирует - во многом в его воле (как и в воле его критиков настаивать на своем).
Поэтому предлагаю мирный компромисс. Пусть это звучит так "это квантовый эффект, наблюдаемый ОТЧАСТИ (и быть может даже "как бы"), своими глазами.
И иди речь о спине электрона, а не фотона, я бы наверное с трудом уговаривал себя на такой пацифистский выход из положения. Но раз уж электромагнитное поле такое старое, исторически доквантовое, то из уважения к этой вот всей истории:)
И я вот не могу всё же никак осудить тех людей, которые говорят, что на самом-то деле всё квантовое:) И то, что мы видим с помощью поляризаторов - это вот да, вот прямо вашими словами: проецирование состояния на конкретный базис итд итд итп:)
Ведь даже в тех самых веревках и заборах, в которых уж казалось бы куда уже кондовее быть всему и классичнее - но и в них же, если заборы не слишком дрянные и шершавые, вполне себе видны фононы (специфические такие) с разложением по состояниям поляризации:) (Улыбка не означает, что всё сказанное про фононы неправда; квантовость - она очень умело просачивается по уровням этого, как его называют-то по-человечески?..)
Кстати, поляризатор, не поглощающий одну из поляризаций, а отражающий (разделяющий луч на два луча с разной поляризацией) вообще не разрушает состояния, исходное состояние можно потом собрать и полностью восстановить, сведя эти два луча. Наверное это оффтоп, за что прошу прощения, но всё же тема про популярное, хочется упомянуть о всяком таком...
Можно в том смысле, что он не разрушает квантовое состояние, не нарушает когерентность, не сбивает фазу.
>Это как раз не так: поляризатор (тот, про который в статье) >проецирует состояние на конкретный измерительный базис, не >сохраняя квантового состояния. Так что поляризатор — это не >квантовый прибор в этом смысле. Фотон, прошедший через него, >оказывается в "классическом" состоянии (т.е. не в суперпозиции или >запутанности).
Соглашусь, высказался я тут не особенно аккуратно. Тем не менее, это классический квантовый эксперимент. Первый поляризатор - это то самое приготовление состояния. При этом состояние разрушается только для поглощенных фотонов. Всё время применяется суперпозиция состояний (существенно квантовая исходно, хотя и совпадающая удачным образом с суперпозицией макроскопического поля). Проходящее поляризатор поле сохраняет когерентность. Да, конечно, любой подобный фильтр в своей поглощающей части "осуществляет измерение" и разрушает состояние, но проходящая часть сохраняет когерентность. Так же, как, например, при дифракции/интерференции на экране с двумя отверстиями - да, состояния поглощенные экраном частиц "измерены" и разрушены. Но прошедшая через оба отверстия частица (да, отфильтрованная по новому базису сферических волн) не теряет когерентности и интерферирует с собой, в этом смысле связь с исходным состоянием сохраняется.
>Подготовительное (мое, тут) утверждение - что для того, чтобы >наблюдать существенно квантовые эффекты, не обязательно детектировать >единичные, >скажем, фотоны.
Обязательно (или производить аналогичные квантовые измерения). Например, я в лабе делаю и измеряю запутанные состояния не одиночных фотонов, а их целых ансамблей. Но это специально подготовленные состояние и специальные измерители. Просто так "глазами" увидеть квантовые эффекты за очень редкими исключениями нельзя.
Мне кажется, вы тут втянулись с ними, а теперь отчасти и со мной (а я не хочу) в терминологический спор немного в роли граммар наци. Мы отсортировали электроны по импульсу - отлично! - вот вам и специально подготовленное состояние, достаточно хорошо подготовленное чтобы наблюдать интерференцию - существенно квантовый, по моему скромному мнению, на котором я и пытаюсь настаивать, эффект. И интерферирует одиночный электрон с собой, а как уж там устроен ансамбль - просто не важно. С фотонами примерно то же самое. Особенно если рассмотреть всё "с точки зрения первичного квантования" (тогда просто отличий практически не найти). Но и с других точек зрения всё так. Два фотона в поляризациях x и у смешиваются посредством квантовой суперпозиции. Вы же не квантуете электромагнитное поле отдельно для каждого угла поляризации.
Похоже, еще одна причина лингвистического недоразумения историческая - поскольку электромагнитное поле исторически известно до квантовой механики и в этом смысле как бы автоматически считается классическим.
Но ведь никто, за исключением людей самых экзотических взглядов, не считает, что поведение одиночного фотона и "классической" электромагнитной волны в поляризаторах, - это что-то сугубо разное, что одинаковая формула в ответе - это какая-то случайность. Да, "случайно" то, что в бозонном поле эта формула стала макроскопически видна, но видно-то совершенно одно и то же по конечной природе.
В случае электронов это более исторически очевидно потому, что до квантовой механики никто толком их дифракции/интерференции не видел. Но по существу никакого отличия же нет (в подходе первичного квантования для фотонов). И если бы представить себе фантастически, что опытов с дифракцией единичного электрона никогда не делали, а делали только для сравнительно плотных пучков, это не сделало эффект не квантовым, а теория, скорее всего (это уже гадательно, но задним умом имеем право сфантазировать и это, хотя исторически, особенно до прямых экспериментов с одиночными частицами, было много разного, и гарантировать всерьез тут что-то трудно) была бы принята квантовая - исходя из того, что слишком уж эти волны ведут себя так, как надо, как говорит именно квантовая теория.
Автор, вы не совсем правы в отношении научпоперов. Конкретно этих я не читал и не слушал, так что не могу судить о том, насколько они и в чем могли сильно напутать, но будучи сам научпопером в душе могу реконструировать их логику в здоровой ее части, а она в подобных рассказах про поляризацию есть, и немалая.
Если всё дело именно в каких-то некорректных наворотах, которые они привнесли, в ваша оговорка о том, что "на фундаментальном уровне, конечно, все эти процессы квантовые", как раз и подразумевает то, что я напишу тут ниже, прошу прощения, но всё же и ради абстрактной справедливости к научпопу, и ради того, чтобы у читателя-новичка не сложилось неверной картины, скажу следующее (конечно, несложное итд итп, но что вы, погорячившись, похоже, вменили критикуемым вами бедолагам в ничто, а зря).
Подготовительное (мое, тут) утверждение - что для того, чтобы наблюдать существенно квантовые эффекты, не обязательно детектировать единичные, скажем, фотоны. Другими словами, может быть, для того, чтобы окончательно четко доказать, что эффект реально именно квантовый, подобное и нужно, и уж точно желательно, но если это давным давно доказано, то для того, чтобы наблюдать существенно квантовые вещи, каждый раз ловить единичные квантовые события нет никакой нужды. Простой пример: дифракция электрона на двух щелях с красивой картинкой в областях, куда классический электрон никогда бы не попал, - вполне хорошее наблюдение чисто квантового эффекта. Это никак не зависит от интенсивности пучков электронов (лишь бы несущественные с нашей сейчас точки зрения эффекты вроде взаимного отталкивания электронов итп не смазали сильно картинку).
Главное же мое тут утверждение в том, что эти самые рассуждения о поляризации как квантовом эффекте - приводятся, конечно, не в противовес уравнениям Максвелла, а в противовес картине с "классическими фотонами" - как бы таким обычным классическим маленьким шарикам, у которых поляризация, может быть, и мыслима, но уж суперпозиция состояний поляризации - нет. Просто противопоставление такой старой классической картинке. Причем, конечно, тут никто не задается вопросами, вроде того "а нельзя ли было бы объяснить наблюдаемый эффект какими-то экзотическими теоретическими моделями, не имеющими отношения к обычной квантовой механики". Квантовая механика для научпопера просто есть. И он дает кому хочешь наблюдать существенно квантовый (по сравнению с фотонами-классическими-частицами) эффект. Своими глазами.
Можно ли называть поляризатор "квантовым прибором" (опять же не вдаюсь в тонкости применения терминологии и не слышал, как именно и с какими подмигиваниями они его применяли, если применяли)? Можно в том смысле, что он не разрушает квантовое состояние, не нарушает когерентность, не сбивает фазу. Фотон, прошедший через поляризатор, находится в квантовом состоянии - итд как положено про фотон, прошедший, через поляризатор. Можно ли думать о фотоне как об обычной квантовой частице, имеющие состояния поляризации, описываемые так? Можно, подход ничем не хуже других.
Может быть, это не очень существенно для основной темы моего коммента, но, не знаю, как для видимого света, а для радиоволн очень легко представить себе не только обычный поляризатор, отфильтровывающий одно из состояний поляризации, но и поляризатор, разбивающий волну на два луча, поляризация которых перпендикулярна (таким будет просто поверхность, в которой густо натянуты параллельные проволоки - такое вот полупрозрачное зеркало). Тут, наверное, и с запутанностью уже можно что-то напопуляризировать при желании.
Почему я говорю, что этот научпоперский ход про "квантовую" поляризацию в том смысле, который я описал выше (т.е. в противовес картинке из просто летящих кучей фотонов-классических шариков), достаточно адекватен и существен? Да прежде всего потому, что это действительно демонстрация существа квантовости. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить с той самой дифракцией электронов на двух щелях (можно и одной, но на двух, конечно, более ясно всё). В случае поляризации фотонов пространство состояний (точнее, самая интересная его часть) - это двумерное пространство с чистыми состояниями, соответствующими линейной поляризации по x и y. Для дифракции электрона на щелях это могут быть классические траектории в интеграле по траекториям, или сферические волны, чтобы попроще. Итог - суперпозиция. Это существенно.
Ну а что у бозонного поля есть некий классический вариант, во многом совпадающий с квантовым, это, можно сказать, такая счастливая случайность (да, полезная для научпопа - и отлично!). И конечно, научпоперы, которые поадекватнее (ну и которые скажем не десятый раз делают переводы с ухудшением и уже сами забыли с чего когда-то вполне разумно началось), противопоставляют "квантовую" поляризацию не "классической" поляризации максвелловской, а вот тем самым (не реальным, а воображаемым) фотонам, которые как классические камешки, без суперпозиции в пространстве поляризаций (которая к классическим "камешкам" с трудом как-то и примысливается).
Ну а гипотезу "а вдруг квантовая механика неправильная, а уравнения Максвелла правильные" я при обсуждении научпопа не рассматриваю, да вроде и никто здесь пока всерьез не хотел:)
И да, всё-таки. Если бы не было чисто квантовой суперпозиции состояний поляризации фотона - то не было бы и соответствующего эффекта в уравнениям Максвелла.
Всё. Это значит, что они имеют полное право говорить так, как они говорят. Мы наблюдаем глазами квантовый эффект. Такова суть. (За тонкостями их стиля изложения, как и говорил выше, я не следил).
Но может и зря я, конечно, завел всё это. Потому что вы родных научпоперов обижали, которых я даже не читал:) Формально же вы и не спорите: "да, в глубине есть квантовый механизм". И мне формально тоже трудновато будет спорить: с точки зрения классической электродинамики всё вполне объяснимо, а как уж оно там с квантовой точки зрения, пусть даже и вторичного только квантования - всё-таки отдельный (при желании так об этом думать) вопрос.
Может, и правильно лучше акцентировать внимание на том, что ухо надо держать востро. Но мне (как научпоперу в душе) больше хочется, чтобы было понятно и даже видно хотя бы то, что понятно и видно - и "как на самом деле" (хотя "как на самом деле мы не знаем, а только на настоящий момент мы думаем так"), а не как только лишь в 19 веке:)
>Так в том-то и дело, что они сначала сами придумали, что надо >рассматривать тут почему-то одиночные фотоны, а не >электромагнитную волну, и сами же решили, что это квантовый >эффект, наблюдаемый своими глазами.
Ну всё же не совсем сами:) Одиночные фотоны тут всё же ведут себя полностью как не одиночные (тонкие отличия надо поискать, проявив недюжинную виртуозность). И это всё использовали всякие очень уважаемые личности в прошлом при рассмотрении подобных эффектов (и достаточно популярно тоже). Если конечно мне не изменяет память и я что-то не перепутал.
Я понимаю, что "это то же самое" и "это совсем другое" - позиции, во многом сводящиеся ко вкусу и прочей не относящейся уж прямо и непосредственно к делу (хотя и дорогое нашему восприятию) психологии. Кто что акцентирует - во многом в его воле (как и в воле его критиков настаивать на своем).
Поэтому предлагаю мирный компромисс. Пусть это звучит так "это квантовый эффект, наблюдаемый ОТЧАСТИ (и быть может даже "как бы"), своими глазами.
И иди речь о спине электрона, а не фотона, я бы наверное с трудом уговаривал себя на такой пацифистский выход из положения. Но раз уж электромагнитное поле такое старое, исторически доквантовое, то из уважения к этой вот всей истории:)
И я вот не могу всё же никак осудить тех людей, которые говорят, что на самом-то деле всё квантовое:) И то, что мы видим с помощью поляризаторов - это вот да, вот прямо вашими словами: проецирование состояния на конкретный базис итд итд итп:)
Ведь даже в тех самых веревках и заборах, в которых уж казалось бы куда уже кондовее быть всему и классичнее - но и в них же, если заборы не слишком дрянные и шершавые, вполне себе видны фононы (специфические такие) с разложением по состояниям поляризации:) (Улыбка не означает, что всё сказанное про фононы неправда; квантовость - она очень умело просачивается по уровням этого, как его называют-то по-человечески?..)
Кстати, поляризатор, не поглощающий одну из поляризаций, а отражающий (разделяющий луч на два луча с разной поляризацией) вообще не разрушает состояния, исходное состояние можно потом собрать и полностью восстановить, сведя эти два луча. Наверное это оффтоп, за что прошу прощения, но всё же тема про популярное, хочется упомянуть о всяком таком...
>Это как раз не так: поляризатор (тот, про который в статье) >проецирует состояние на конкретный измерительный базис, не >сохраняя квантового состояния. Так что поляризатор — это не >квантовый прибор в этом смысле. Фотон, прошедший через него, >оказывается в "классическом" состоянии (т.е. не в суперпозиции или >запутанности).
Соглашусь, высказался я тут не особенно аккуратно. Тем не менее, это классический квантовый эксперимент. Первый поляризатор - это то самое приготовление состояния. При этом состояние разрушается только для поглощенных фотонов. Всё время применяется суперпозиция состояний (существенно квантовая исходно, хотя и совпадающая удачным образом с суперпозицией макроскопического поля). Проходящее поляризатор поле сохраняет когерентность. Да, конечно, любой подобный фильтр в своей поглощающей части "осуществляет измерение" и разрушает состояние, но проходящая часть сохраняет когерентность. Так же, как, например, при дифракции/интерференции на экране с двумя отверстиями - да, состояния поглощенные экраном частиц "измерены" и разрушены. Но прошедшая через оба отверстия частица (да, отфильтрованная по новому базису сферических волн) не теряет когерентности и интерферирует с собой, в этом смысле связь с исходным состоянием сохраняется.
Мне кажется, вы тут втянулись с ними, а теперь отчасти и со мной (а я не хочу) в терминологический спор немного в роли граммар наци. Мы отсортировали электроны по импульсу - отлично! - вот вам и специально подготовленное состояние, достаточно хорошо подготовленное чтобы наблюдать интерференцию - существенно квантовый, по моему скромному мнению, на котором я и пытаюсь настаивать, эффект. И интерферирует одиночный электрон с собой, а как уж там устроен ансамбль - просто не важно. С фотонами примерно то же самое. Особенно если рассмотреть всё "с точки зрения первичного квантования" (тогда просто отличий практически не найти). Но и с других точек зрения всё так. Два фотона в поляризациях x и у смешиваются посредством квантовой суперпозиции. Вы же не квантуете электромагнитное поле отдельно для каждого угла поляризации.
Похоже, еще одна причина лингвистического недоразумения историческая - поскольку электромагнитное поле исторически известно до квантовой механики и в этом смысле как бы автоматически считается классическим.
Но ведь никто, за исключением людей самых экзотических взглядов, не считает, что поведение одиночного фотона и "классической" электромагнитной волны в поляризаторах, - это что-то сугубо разное, что одинаковая формула в ответе - это какая-то случайность. Да, "случайно" то, что в бозонном поле эта формула стала макроскопически видна, но видно-то совершенно одно и то же по конечной природе.
В случае электронов это более исторически очевидно потому, что до квантовой механики никто толком их дифракции/интерференции не видел. Но по существу никакого отличия же нет (в подходе первичного квантования для фотонов). И если бы представить себе фантастически, что опытов с дифракцией единичного электрона никогда не делали, а делали только для сравнительно плотных пучков, это не сделало эффект не квантовым, а теория, скорее всего (это уже гадательно, но задним умом имеем право сфантазировать и это, хотя исторически, особенно до прямых экспериментов с одиночными частицами, было много разного, и гарантировать всерьез тут что-то трудно) была бы принята квантовая - исходя из того, что слишком уж эти волны ведут себя так, как надо, как говорит именно квантовая теория.
Автор, вы не совсем правы в отношении научпоперов. Конкретно этих я не читал и не слушал, так что не могу судить о том, насколько они и в чем могли сильно напутать, но будучи сам научпопером в душе могу реконструировать их логику в здоровой ее части, а она в подобных рассказах про поляризацию есть, и немалая.
Если всё дело именно в каких-то некорректных наворотах, которые они привнесли, в ваша оговорка о том, что "на фундаментальном уровне, конечно, все эти процессы квантовые", как раз и подразумевает то, что я напишу тут ниже, прошу прощения, но всё же и ради абстрактной справедливости к научпопу, и ради того, чтобы у читателя-новичка не сложилось неверной картины, скажу следующее (конечно, несложное итд итп, но что вы, погорячившись, похоже, вменили критикуемым вами бедолагам в ничто, а зря).
Подготовительное (мое, тут) утверждение - что для того, чтобы наблюдать существенно квантовые эффекты, не обязательно детектировать единичные, скажем, фотоны. Другими словами, может быть, для того, чтобы окончательно четко доказать, что эффект реально именно квантовый, подобное и нужно, и уж точно желательно, но если это давным давно доказано, то для того, чтобы наблюдать существенно квантовые вещи, каждый раз ловить единичные квантовые события нет никакой нужды. Простой пример: дифракция электрона на двух щелях с красивой картинкой в областях, куда классический электрон никогда бы не попал, - вполне хорошее наблюдение чисто квантового эффекта. Это никак не зависит от интенсивности пучков электронов (лишь бы несущественные с нашей сейчас точки зрения эффекты вроде взаимного отталкивания электронов итп не смазали сильно картинку).
Главное же мое тут утверждение в том, что эти самые рассуждения о поляризации как квантовом эффекте - приводятся, конечно, не в противовес уравнениям Максвелла, а в противовес картине с "классическими фотонами" - как бы таким обычным классическим маленьким шарикам, у которых поляризация, может быть, и мыслима, но уж суперпозиция состояний поляризации - нет. Просто противопоставление такой старой классической картинке. Причем, конечно, тут никто не задается вопросами, вроде того "а нельзя ли было бы объяснить наблюдаемый эффект какими-то экзотическими теоретическими моделями, не имеющими отношения к обычной квантовой механики". Квантовая механика для научпопера просто есть. И он дает кому хочешь наблюдать существенно квантовый (по сравнению с фотонами-классическими-частицами) эффект. Своими глазами.
Можно ли называть поляризатор "квантовым прибором" (опять же не вдаюсь в тонкости применения терминологии и не слышал, как именно и с какими подмигиваниями они его применяли, если применяли)? Можно в том смысле, что он не разрушает квантовое состояние, не нарушает когерентность, не сбивает фазу. Фотон, прошедший через поляризатор, находится в квантовом состоянии - итд как положено про фотон, прошедший, через поляризатор. Можно ли думать о фотоне как об обычной квантовой частице, имеющие состояния поляризации, описываемые так? Можно, подход ничем не хуже других.
Может быть, это не очень существенно для основной темы моего коммента, но, не знаю, как для видимого света, а для радиоволн очень легко представить себе не только обычный поляризатор, отфильтровывающий одно из состояний поляризации, но и поляризатор, разбивающий волну на два луча, поляризация которых перпендикулярна (таким будет просто поверхность, в которой густо натянуты параллельные проволоки - такое вот полупрозрачное зеркало). Тут, наверное, и с запутанностью уже можно что-то напопуляризировать при желании.
Почему я говорю, что этот научпоперский ход про "квантовую" поляризацию в том смысле, который я описал выше (т.е. в противовес картинке из просто летящих кучей фотонов-классических шариков), достаточно адекватен и существен? Да прежде всего потому, что это действительно демонстрация существа квантовости. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить с той самой дифракцией электронов на двух щелях (можно и одной, но на двух, конечно, более ясно всё). В случае поляризации фотонов пространство состояний (точнее, самая интересная его часть) - это двумерное пространство с чистыми состояниями, соответствующими линейной поляризации по x и y. Для дифракции электрона на щелях это могут быть классические траектории в интеграле по траекториям, или сферические волны, чтобы попроще. Итог - суперпозиция. Это существенно.
Ну а что у бозонного поля есть некий классический вариант, во многом совпадающий с квантовым, это, можно сказать, такая счастливая случайность (да, полезная для научпопа - и отлично!). И конечно, научпоперы, которые поадекватнее (ну и которые скажем не десятый раз делают переводы с ухудшением и уже сами забыли с чего когда-то вполне разумно началось), противопоставляют "квантовую" поляризацию не "классической" поляризации максвелловской, а вот тем самым (не реальным, а воображаемым) фотонам, которые как классические камешки, без суперпозиции в пространстве поляризаций (которая к классическим "камешкам" с трудом как-то и примысливается).