Закрытая лазейка подтверждает нереальность квантового мира

Автор оригинала: Anil Ananthaswamy
  • Перевод

После открытия лазейки в знаменитом эксперименте, доказывавшем отсутствие внутренних свойств у квантовых объектов, три группы экспериментаторов быстро её закрыли. Этот эпизод закрывает вопрос по теориям скрытых переменных.





Физик-теоретик Джон Уилер однажды использовал фразу «огромный дымчатый дракон» для описания частицы света, летящей от источника к счётчику фотонов. «Пасть дракона остра, там, где он кусает счётчик. Хвост дракона остёр, там, откуда исходит фотон», — писал Уиллер. Иначе говоря, у фотона есть определённая реальность в начале и в конце пути. Но его состояние посередине – тело дракона – размыто. «О том, что дракон делает, или как он выглядит в промежутке, мы не имеем права говорить».

Уилер поддерживал точку зрения, по которой элементарные квантовые явления нельзя назвать реальными, пока мы не совершим наблюдение – философскую позицию под названием антиреализм. Он даже придумал эксперимент, демонстрирующий, что если вы будете настаивать на реализме – при котором у квантовых объектов, таких, как фотоны, всегда есть определённые внутренние свойства, что больше похоже на классическое представление о реальности – тогда вам придётся принять, что будущее может влиять на прошлое. Из-за абсурдности путешествия в прошлое эксперимент Уиллера стал аргументом в пользу антиреализма на квантовом уровне.

Но в мае 2018 Рафаэль Чавес с коллегами из Международного института физики нашли лазейку. Они показали, что эксперимент Уилера при определённых предположениях можно объяснить при помощи классической модели, приписывающей фотону внутренние свойства. Они снабдили дракона чётко определённым телом, скрытым от математического формализма стандартной квантовой механики.


Рафаэль Чавес

Команда Чавеса предложила определённую модификацию эксперимента Уилера для проверки лазейки. Три других команды с необычной расторопностью поторопились провести изменённый эксперимент. Их результаты, опубликованные в июне, показали, что классические модели, пропагандирующие реализм, не дают осмысленной интерпретации результатов. Квантовая механика, может быть, и странная, но всё равно остаётся самым простым из имеющихся объяснений.

Ловушка для дракона


Уилер придумал свой эксперимент в 1983 году, чтобы подчеркнуть одну из главных концептуальных загадок квантовой механики: корпускулярно-волновой дуализм. Квантовые объекты ведут себя либо как частицы, либо как волны, но не одновременно и так, и так. Из этого свойства квантовой механики, судя по всему, следует, что у объектов нет внутренней реальности, пока над ними не проведут наблюдения. «Физикам приходилось мириться с дуализмом как с неотъемлемой и странной особенностью квантовой теории почти сто лет», — сказал Дэвид Кайзер, физик и историк науки из Массачусетского технологического института. «Эта идея появилась раньше других типичных странных особенностей квантовой теории, таких, как принцип неопределённости Гейзенберга и кот Шрёдингера».

Этот феномен подчёркивается особым случаем знаменитого эксперимента с двумя щелями под названием интерферометр Маха — Цендера.

В эксперименте один фотон запускают в сторону полупрозрачного зеркала, или светоделителя. Фотон с равной вероятностью либо отражается, либо проходит сквозь него – в результате чего в итоге идёт по одному из двух путей. В данном случае он пойдёт либо по пути 1, либо по пути 2, и попадёт либо в детектор Д1, либо в Д2, с равной вероятностью. Фотон ведёт себя как невидимое целое, демонстрируя свою корпускулярную натуру.

Но есть нюанс. В точке пересечения путей 1 и 2 можно добавить ещё один светоделитель, что всё меняет. В таком случае квантовая механика говорит, что фотон как бы проходит по двум путям одновременно как волна. Две этих волны сходятся вместе на втором светоделителе. Эксперимент можно поставить так, что волны комбинируются конструктивно – пик к пику, провал к провалу – только если они идут по направлению к детектору Д1. А путь к счётчику Д2 обозначает деструктивную интерференцию. При таком раскладе фотон всегда можно будет найти в Д1, и никогда – в Д2. В таком случае фотон демонстрирует свою волновую природу.


Сверху: фотон как частица. Каждый из детекторов регистрируют фотон в 50% случаев.
В середине: фотон как волна. Фотон регистрирует только Д1.
Внизу: отложенный выбор. Начинаем без второго светоделителя, и добавляем его в последний момент. Фотон, который сначала вёл себя как частица, внезапно начинает вести себя как волна.
Вывод: либо внедрение второго светоделителя отправляет фотону сигнал в прошлое, либо у фотона нет никаких внутренних свойств.


Гений Уилера проявился в вопросе: что, если мы задержим выбор того, добавлять ли второй светоделитель? Предположим, фотон входит в интерферометр, когда там нет второго светоделителя. Он должен вести себя как частица. Но можно добавить второй светоделитель в самую последнюю наносекунду. Теория и эксперимент демонстрируют, что фотон, который до этого должен был вести себя как частица, и попасть либо в детектор Д1, либо к Д2, начинает вести себя как волна, и попадает только в Д1. Для этого ему, кажется, надо идти по двум путям одновременно, а не по одному из них. В классическом понимании всё происходит так, будто фотон вернулся назад во времени и изменил свою сущность с частицы на волну.

Один из способов избежать такой ретрокаузальности [влияния событий из будущего на прошлые] – отрицать наличие у фотона внутренней реальности, и утверждать, что фотон становится реальным только при измерении. Тогда нам нечего отматывать назад.

Такой антиреализм, который часто связывают с копенгагенской интерпретацией квантовой механики, получил теоретический удар после выхода работы Чавеса, по крайней мере, в контексте данного эксперимента. Его команда решила объяснить контринтуитивные свойства квантовой механики при помощи нового набора идей, каузального [причинно-следственного] моделирования, популярность которого росла в последнее десятилетие при содействии специалиста по информатике Джуда Перла и других. Каузальное моделирование определяет причинно-следственную связь между различными элементами эксперимента. Часто, когда при изучении взаимосвязанных событий – назовём их А и Б – мы не можем определённо сказать, что А служит причиной Б, или что Б служит причиной А, существует возможность, что причиной их обоих служит непредвиденное, или «скрытое» событие В. В таких случаях каузальное моделирование может помочь раскрыть это В.

Чавес и его коллеги, Габриэла Лемос и Жак Пьенар, сконцентрировались на отложенном эксперименте Уилера, ожидая неудачи в поисках модели со скрытым процессом, как придающим фотону внутреннюю реальность, так и объясняющим его поведение без всякой ретрокаузальности. Они считали, что докажут, будто эксперимент с отложенным выбором «чрезвычайно контринтуитивный, в том смысле, что его не может объяснить никакая каузальная модель», — сказал Чавес.


Габриэла Лемос

Но их ждал сюрприз. Задача оказалась достаточно простой. Они начали с того, что предположили, что фотон, сразу после прохождения первого светоделителя, имеет внутреннее состояние, определяемое «скрытой переменной». В данном контексте, скрытая переменная – это то, чего нет в стандартной квантовой механике, но что каким-либо образом влияет на поведение фотона. Затем экспериментатор решал, добавить или убрать второй светоделитель. Каузальное моделирование, запрещающее путешествия в прошлое, гарантирует, что выбор экспериментатора не влияет на прошлое внутреннее состояние фотона.

Учитывая скрытую переменную, поддерживающую реализм, команда показала, что возможно записать правила, использующие значение переменной и наличие или отсутствие второго светоделителя, чтобы провести фотон к Д1 или Д2 способом, повторяющим предсказания квантовой механики. У них получилось классическое, каузальное, реалистичное объяснение. Они нашли новую лазейку.

Это удивило нескольких физиков, сказал Тим Бёрнс, специалист по квантовой теоретической физике из Нью-Йоркского университета в Шанхае. «Чего люди не оценили, так это того, что эксперимент такого рода допускает классическое объяснение, идеально повторяющее результаты эксперимента, — сказал Бёрнс. – Можно создать теорию со скрытой переменной, без всякой квантовой механики».

«Это был нулевой шаг», — сказал Чавес. Следующий шаг – выяснить, как изменить эксперимент Уилера, чтобы можно было провести различие между классической теорией скрытой переменной и квантовой механикой.

В изменённом эксперименте интерферометр Маха — Цендера остался без изменений; второй светоделитель присутствует всегда. Вместо этого роль экспериментальных подстроек, которые исследователь может изменять по желанию, играют два сдвига по фазе – один в начале эксперимента, другой в конце.

Суммарный эффект двух сдвигов фазы изменяет относительную длину путей. Это меняет картину интерференции, а с ней и предполагаемое волновое или корпускулярное поведение фотона. К примеру, значение первого сдвига фазы может быть таким, что фотон ведёт себя как частица внутри интерферометра, а второй сдвиг может заставлять его вести себя как волна. Исследователям было нужно, чтобы второй сдвиг настраивался после первого.

С такой постановкой эксперимента команда Чавеса придумала способ различать классическую каузальную модель и квантовую механику. Допустим, первый фазовый переход может принять одну из трёх переменных, а второй – одну из двух. Получается шесть возможных постановок эксперимента. И здесь предсказания классической модели скрытых переменных и стандартной квантовой механики отличаются. Потом учёные составили формулу. Формула получает на вход вероятности, подсчитанные на основе количества раз, которые фотон приходит в определённый детектор (на основе постановки с двумя фазовыми переходами). Если формула равняется нулю, то классическая каузальная модель способна объяснить статистику. Но если уравнение выдаст число больше нуля, тогда, из-за определённых ограничений, накладываемых на скрытые переменные, не существует классического объяснения результатов эксперимента.

Чавес объединился с Фабио Сциарино, специалистом по квантовой физике из Сапиенца — Римского университета, и его коллегами, чтобы проверить неравенство. В то же время две китайских команды – одна под руководством Жана-Вей Пана, физика-экспериментатора из Китайского научно-технического университета в Хэфэе, а вторая – под руководством Гуан-Кана Гуо, из того же университета, проводили свои эксперименты.

Каждая команда реализовала схему немного по-своему. Группа Гуо придерживалась простого варианта, использовав реальный интерферометр Маха-Цендера. «Этот эксперимент, по-моему, наиболее близок к оригинальному предложению Уилера», — сказал Говард Вайзман, физик-теоретик из Гриффитского университета, не принимавший участия в экспериментах.

Все три команды показали, что результат вычисления формулы превышает ноль с неопровержимой статистической значимостью. Они исключили те классические каузальные модели, которые могли объяснить эксперимент Уилера с отложенным выбором. Лазейка закрылась. «Наш эксперимент спас знаменитый мысленный эксперимент Уилера», — сказал Пан.

Те скрытые переменные, что ещё остались


Кайзер впечатлился «элегантной» теоретической работой Чавеса и последовавшими экспериментами. «То, что в каждом из экспериментов найдены чёткие признаки неравенства, является убедительным доказательством того, что „классические“ модели подобных систем на самом деле не описывают реальной схемы работы мира, в то время, как квантово-механические предсказания прекрасно совпадают с новейшими результатами», — сказал он.

Формула используется с определёнными предположениями. Одно из самых крупных – классическая скрытая переменная, используемая в каузальной модели, может принимать одно из двух значений, кодируемое в одном бите информации. Чавес считает это разумным, поскольку квантовая система – фотон – тоже может кодировать только один бит информации (он идёт либо в один рукав интерферометра, либо в другой). «Вполне естественно будет заявить, что модель скрытых переменных тоже должна быть двумерной», — сказал Чавес.


Дэвид Кайзер

Но скрытая переменная с дополнительной возможностью переноски информации может восстановить способность каузальной модели объяснить наблюдаемую в изменённом эксперименте с отложенным выбором статистику.

Кроме того, эти эксперименты не опровергают наиболее популярную теорию скрытой переменной. Теория де Бройля — Бома, детерминистская и реалистическая альтернатива стандартной квантовой механики, вполне способна объяснить эксперимент с отложенным выбором. По этой теории, частицы всегда имеют местоположение (которые и являются скрытыми переменными), и, следовательно, объективную реальность, но при этом они направляются волной. Поэтому реальность как волновая, так и корпускулярная. Волна проходит по обоим путям, а частица – по одному из двух. Наличие или отсутствие второго светоделителя влияет на волну, которая проводит частицу к детекторам – и этот результат совпадает со стандартной квантовой механикой.

Для Вайзмана споры на тему противостояния копенгагенской интерпретации и теории де Бройля-Бома ещё далеко не завершены. «В копенгагенской интерпретации не происходит никакого странного обращения времени именно потому, что у нас нет прав рассуждать о прошлом фотона, — писал он в e-mail. В интерпретации де Бройля-Бома существует независимая от наших знаний реальность, но нет проблемы, поскольку нет обращения времени – а есть уникальное каузальное (направленное в будущее) описание».

Кайзер, нахваливая предпринятые попытки, хочет двигаться дальше. В текущих экспериментах выбор того, добавлять или нет второй фазовый сдвиг или второй светоделитель, делался квантовым генератором случайных чисел. Но в этом эксперименте проверяется сама квантовая механика, из-за чего у него есть привкус круговой зависимости. «Было бы неплохо проверить, остаются ли результаты эксперимента согласованными даже при таких схемах, которые основаны на совершенно других источниках случайности», — сказал Кайзер.

Для этого Кайзер с коллегами создали такой источник случайностей, используя фотоны, приходящие от удалённых квазаров, многие из которых прошли больше половины [наблюдаемой] Вселенной. Фотоны собирались метровым телескопом обсерватории Тейбл-Маунтин в Калифорнии. Если длина волны фотона не превышает определённый порог, генератор случайных чисел выдаёт 0, иначе 1. В принципе этот бит можно использовать для случайного выбора условий эксперимента. Если результаты будут продолжать поддерживать изначальное утверждение Уилера, тогда «это даст нам ещё одну причину говорить о том, что корпускулярно-волновой дуализм не объяснить в классической физике, — сказал Кайзер. – Диапазон концептуальных альтернатив квантовой физике вновь уменьшился, и уже загнан в угол. А именно к этому мы и стремимся».

А пока что тело дракона, на несколько кратких недель появившееся на виду, опять стало дымчатым и неясным.

Больше статей на научно-популярную тему — на сайте golovanov.net. Подписывайтесь на обновления по e-mail или в RSS. Статьи также дублируются на канале Яндекс.Дзен.
Golovanov.net
67,00
Компания
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 96

    +8
    Начал читать статью, потому как тема довольно интересна. Но где-то через десяток абзацев заметил как глаза «спотыкаются» об текст. Хотел написать в комменте что текст написан так как будто бы это перевод. Глянул в начало — точно перевод! Так вот, когда читаешь переводной текст и понимаешь что это перевод — это плохой перевод!
    0
    Физик-теоретик Джон Уилер однажды использовал фразу «огромный дымчатый дракон» для описания частицы света, летящей от источника к счётчику фотонов.

    В оригинале используется словосочетание great smoky dragon. Смею предположить, что в данном случае его имеет смысл понимать как «большой дымный дракон», поскольку этот «дракон» ведет себя не как обычное тело, а одновременно как частица и как волна. Мне почему-то сразу вспомнился дымный монстр из сериала «Остаться в живых» (Lost). :)

    P.S. Нашел подтверждение своего предположения:
    Last words of a quantum heretic: Just before he died, the physicist David Bohm explained his life-long quest to understand the Universe and how he developed his alternative view of the quantum world | New Scientist
    According to the orthodox interpretation of quantum mechanics (although
    ‘orthodox’ seems an odd description for such a radical world view), subatomic
    entities such as electrons or photons are either waves or particles – depending
    on how the physicist chooses to observe them. Actually, until they are observed,
    quantum entities have no real existence; they exist in a probabilistic limbo
    of many possible ‘superposed’ states. The physicist John Wheeler of Princeton
    University has likened a photon travelling through an interferometer to
    a ‘great smoky dragon’ whose head becomes visible as it bites a detector
    but whose body is nothing but smoke.
      0

      Ну и "Great" тогда уж никак не "Огромный" или "Большой", а "Великий".

        0
        Да, наверное, «великий дракон» будет ближе к сказочной научной теме. :)

        Вообще-то слово great очень многозначное.

        great (Мультитран)
        Отрывок из словарной статьи
        общ.&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp большой; огромный; громадный; колоссальный; долгий; продолжительный; длительный; сильный; глубокий; интенсивный; крупный; великий; возвышенный (о цели, идее и т. п.); замечательный; опытный; искусный; понимающий; разбирающийся; прекрасный; пра (в сложных словах, обозначающих степени родства); громкий; широкий; восхитительный; замечательно; опытный (at, уст. in); важный (Notburga); существенный (Notburga); массивный (great doors, great sword и т. п. Pickman); выдающийся (At the time of Grolier's death, he possessed one of the greatest and most extensive private libraries in the world. // ART Vancouver кот ученый); превеликий (к превеликому изумлению — to my great surprise. с превеликим удовольствием — with my greatest pleasure Andrew Goff); интересующийся; пра -; гениальный (гениальное изобретение — great invention Andrew Goff); гигантский; потрясающий; масштабный (Moscowtran); величественный (Gruzovik); серьезный (о проблеме и др. A.Rezvov)
        0
        Думаю, что словосочетание отсылает к топониму Great Smoky Mountains, который на русский как только не переводят (и дымные, и дымчатые, и дымящие). Но ближе всего по смыслу, наверное, будет «туманный» — скрытность реального ландшафта в тумане или «туман войны» в Варкрафте знакомы даже тем, кто не силён в географии США.
          0
          Интересная интерпретация!

          Я нашел сборник статей Mysteries of the Universe, в котором, помимо прочего, есть статья Peering Through the Gates of Time.
          Небольшой отрывок из статьи
          PRINCETON, N.J., March 5 — It's all come down to this.

          In one corner is Dr. John Archibald Wheeler, 90, professor emeritus of physics at
          Princeton and the University of Texas, armed with a battery of hearing aids, fistfuls of
          colored chalk, unfailing courtesy, a poet's flair for metaphor, an indomitable sense of
          duty and the company of a ghost army of great thinkers.

          In the other is a «great smoky dragon,» which is how Dr. Wheeler refers sometimes to
          one of the supreme mysteries of nature. That is the ability, according to the quantum
          mechanic laws that govern subatomic affairs, of a particle like an electron to exist in a
          murky state of possibility — to be anywhere, everywhere or nowhere at all — until clicked
          into substantiality by a laboratory detector or an eyeball.

          Dr. Wheeler suspects that this quantum uncertainty, as it is more commonly known, is the
          key to understanding why anything exists at all, how something, the universe with its
          laws, can come from nothing. Or as he likes to put it in the phrase that he has adopted as
          his mantra: «How come the quantum? How come existence?»

          <...>
        +1
        Я всё равно не понимаю как эксперимент Уилера доказывается «нереальность».
        Предположим, фотон входит в интерферометр, когда там нет второго светоделителя. Он должен вести себя как частица.

        Почему? Копентгагенская интерпретация говорит, что волновая функция коллапсирует ровно в момент измерения, до этого оставаясь статистическим объектом. Измерение мы проводим только в последнем шаге. ЧЯДНТ? Если придержится копентгагенской интерпретации, противоречия нет вовсе.

        Более того, всё ещё остается открытым вопрос что такое «измерение». Требует ли измерение наличие сознания у наблюдателя? Коллапсирует ли волновая функция если измерение некому анализировать? Вопрос нереальности фотона отступает по сравнению с вопросом антропоцентрированности физики и окружающей действительности)
          +1
          Почему?

          Вы правы, «противоречие» возникает только при попытке объяснять эксперимент на бытовом уровне.

          Более того, всё ещё остается открытым вопрос что такое «измерение». Требует ли измерение наличие сознания у наблюдателя? Коллапсирует ли волновая функция если измерение некому анализировать?

          Большинство интерпретаций ответит, что измерение — это любое неунитарное взаимодействие с экспериментом. Для этого сознание не нужно. Это может быть просто тепловой фон. Обычно (в бытовом смысле) мы называем измерением такое взаимодействие, при котором мы получаем какую-то информацию о системе (с случае теплового фона она просто теряется для нас).
            +1
            А как вы планируете отличать неунитарные взаимодействия с экспериментом и не с экспериментом? Почему волновые функции атомов не коллапсируют при взаимодействии между собой, например? Эти вопросы вообще говоря, риторические, потому что это открытые вопросы современной физики)
              +1
              Эти вопросы вообще говоря, риторические, потому что это открытые вопросы современной физики)

              В некоторой степени. Точнее, в рамках копенгагенской интерпретации все вполне разрешимо (т.е. мы знаем математику), а вот ответ на вопрос «почему так» — открыт.

              Так вот, любое взаимодействие — вообще говоря, измерение. Когда один атом взаимодействует с другим — он его измеряет. ВФ может коллапсировать или нет — зависит от природы взаимодействия. Например, бывают слабые измерения, которые не приводят к коллапсу ВФ.
                0
                И все почему-то как сговорившись, забывают о том, что измерительный прибор, вообще-то, сам может менять параметры измеряемой системы.

                Могло ли быть так, что люди, фигурально выражаясь, воткнули амперметр параллельно, и наблюдают его зашкаливание, глубокомысленно обсуждая результаты увиденного? :)

                  +1
                  Как же, все об этом очень хорошо помнят. Даже не знаю, откуда вы взяли, что кто-то забыл. Гуглите quantum back action и будет вам счастье.
                    0
                    А можете заодно ответить на таков вопрос: почему фотон и отраженный фотон считаются в таких экспериментах как одна сущность?
                      +1
                      Ну в целом не обязательно считаются как одна сущность. Просто фотон может либо быть поглощен в зеркале, либо отражен (т.е. переизлучен). Процесс отражения сохраняет когерентность (т.е. все свойства фотона), в том числе любые неклассические свойства. Поэтому для нас это тот же самый фотон (можно думать с точки зрения принципа тождественности частиц).
                        0
                        Т.е. если мы пошлём запутанную пару фотонов через такое устройство, мы всё еще на приёмниках сможем понять что они запутаны?
                          +1
                          Да, именно так. Идеальной запутанности не получится в реальных системах — всегда будут какие-то потери (т.е. поглощение), но большая часть фотонов останется запутанной.
                  0
                  Мне кажется несколько некорректным сходу называть все взаимодействия измерениями. Будь оно так, все волновые функции уже бы коллапсировали и не было бы у нас никаких квантовых объектов.
                  Я вижу это больше терминологической проблемой, поскольку мы не особо понимаем что такое «коллапс волновой функции» (Measurement problem), откуда естественным образом и возникает вопрос о наличии сознания у наблюдателя.
                    +2
                    Дело в том, что не все измерения — проекционные (т.е. приводят к коллапсу волновой функции). Мы даже в лабораториях можем производить слабые измерения, которые не коллапсируют ВФ.

                    Несомненно, проблема измерения существует, и мы не знаем, когда и как оно происходит. Разные интерпретации отвечают на это по-разному. Я лишь указываю на то, что с точки зрения математики нынешняя модель вполне описывает то, как измерение происходит, и эта математика не отличается от математики для обычного взаимодействия.
                0
                что измерение — это любое неунитарное взаимодействие

                А можно ещё более «на яблоках» для дилетантов.
                Вот есть у нас фотон и какой-то атом, участвующий в эксперименте. Фотон попадает в атом и с какой-то вероятностью а) отражается б) пропускается в) поглощается. И измерением мы считаем только «в». То есть есть какое-то далеко не нулевое время, когда фотона уже как-бы нет а измерили его или нет ещё никто не знает. В какой момент мы его уже «сосчитали»?
                  +1
                  Во-первых, я что-то ступил, унитарность тут не при чем (по крайней мере в нашем обсуждении).

                  Во-вторых, оговорюсь, что разные интерпретации понимают под измерением несколько разные вещи. Для разных наблюдаемых измерение будет разным — в вашем примере если вы хотите узнать энергию фотона или «посчитать» его, это будет разным измерением.
                  В вашем примере и в), и а) могут позволить посчитать фотон — все же атом взаимодействует с фотоном, и мы можем измерить, например, переданный импульс.

                  Я говорю о том, что фактически любое взаимодействие фундаментально не отличается от измерения. Единственная разница с нашей точки зрения — получаем ли мы от этого взаимодействия какую-то информацию. Когда мы получаем — мы называем это измерением. Когда не получаем — взаимодействием (или декогеренцией, в зависимости от типа взаимодействия).

                  Я не очень понял вопрос про момент, когда мы посчитали, если честно.
                    0
                    Да, прошу прощения за формулировку, но тема, как Вы понимаете, мутная.
                    Вопрос о том, что время между поглощением атомом фотона и его переизлучением не 0. И всё это время фотона уже как-бы нет, а функцию схлопывать ещё нельзя так как есть шанс переизлучения. в случае какого-то супер-пупер конденсата Бозе-Эйнштейна это время может быть ооочень большим. И вот как и когда фотон знает, что его уже поглотити а не чуток придержали при оформлении?
                    Понятнее написать не получается.
                      +1
                      Так он и не знает. «Схлопывание» функции — это исключительно наш способ описания результата эксперимента. Ровно на вашем примере основаны эксперименты с остановкой света. Решение такое: если фотон поглотился атомом, и мы как-то измерили сам атом (например, проверили его энергию), то состояние «схлопнулось». Если оставили в покое (и при этом нет других источников декогеренции, т.е. потерь — например, теплового фона), то он сколько угодно может жить в «не схлопнутом» состоянии.
              +2
              тогда вам придётся принять, что будущее может влиять на прошлое. Из-за абсурдности путешествия в прошлое эксперимент Уиллера стал аргументом в пользу антиреализма на квантовом уровне.

              А может кто-нибудь объяснить, а в чём абсурдность?
                +1
                В отсутствии влияния будущего на прошлое в мировоззрении физиков. Это старая философская (софистическая) концепция, полагающая, что время как река имеет направление и следовательно все должно иметь направление. Конечно, время далеко не река, время не имеет направления, но последовательность измерений — имеет (ту последовательность, которую берут в расчет), и как раз так производится абсурд — субъективный выбор возводится в ранг закона, и хотя квантовые эксперименты демонстрируют неприменимость абсолютного ньютоновского времени, но физики продолжают натягивать его на все.
                  0

                  Не понимаю, за что его минусуют. Один человек спросил, второй ответил достаточно подробно и понятно. Если не согласны с понятием времени и можете доказать, что будущее не влияет на прошлое — флаг в руки спорить с физиком — автором работы. А комментатор к этому не имеет отношения)

                    +3
                    Я минуснул потому, что во-первых, абсолютное время не используется в физике вообще никем уже. Во-вторых, потому что квантовые эксперименты не демонстрируют ничего подобного — будущее не влияет на прошлое, но этого и не утверждается. В физике очень однозначная стрела времени и причинности. То, что наивный подход к описанию эксперимента на бытовом уровне приводит к таким казусам — не значит, что в физике есть неоднозначность направления стрелы времени. И тем более это не повод наезжать на физиков.
                      0
                      Если не согласны с понятием времени и можете доказать, что будущее не влияет на прошлое — флаг в руки спорить с физиком — автором работы

                      Не понятен это тезис. Автор работы не утверждал, что будущее влияет на прошлое, зачем с ним с спорить по этому вопросу?


                      И будущее да, не влияет на прошлое. На этом стоит, вся современная физика. Можете оспорить — пожалуйста.

                      0
                      Скорее из-за вполне себе известного парадокса «убийства собственного деда».
                      Т.е. если будущее могло бы влиять на прошлое то возможно было бы найти такое взаимодействие объекта из будущего с объектом из прошлого которое сделало бы сам факт взаимодействия невозможным.
                      Отсюда рождается парадокс который собсна и показывает абсурдность теории.
                        0
                        Ой, а давайте вы про световой конус, а потом про свои интерпретации, ага? Ну хватит уже!
                      +1

                      Не правильный вопрос. Правильный: Почему признание "скрытых параметров" влечет необходимость признания того, что будущее может влиять на прошлое?

                        0
                        Кстати, если я не ошибаюсь, то при движении со скоростью света (именно 100% скорости света, а не 99.999...), понятия времени (а значит будущего/прошлого) просто не существует. А фотоны именно с такой скоростью и летают вроде. Т.е. для фотона — он все препятствия проходит — одновременно, и не важно в какой последовательности их ставить.
                          0
                          Как ни странно, но скорость фотона обычно меньше скорости света. Просто потому что идеального вакуума не существует, а любая среда свет замедляет. А значит, все эти рассуждения про «все препятствия проходит одновременно» — просто затычка для любопытства.
                            0
                            Имхо (я далёк от мира квантовой физики), но вещество которое замедляет скорость света для фотона — оно или уменьшает саму константу скорости света (и фотон таки двигается со скоростью 100% от скорости света), Или какая то часть фотонов переизлучается, т.е. без столкновений с веществом фотоны таки летят на максимальной скорости, а вот некоторые фотоны задерживаются (и в среднем скорость движения фотонов по больнице становиться ниже). Ну либо само электромагнитное взаимодействие таки просто замедляет фотоны (как гравитация замедляет время вблизи массивных объектов) и при этом происходит точно такое же «замедление времени» (до 0, т.е. отсутствия понятия времени) именно для электромагнитных частиц взаимодействия. Но в любом из этим случаем — я делаю ставку что непосредственно для фотона понятие времени таки не существует.
                              0
                              Как ни странно, но скорость фотона обычно меньше скорости света. Просто потому что идеального вакуума не существует, а любая среда свет замедляет.

                              Скорость фотона в любой среде строго равна скорости света. Когда говорят, что среда свет замедляет, имеют в виду, что атомы среды поглощают фотоны, они переизлучаются через какое-то время и средняя скорость всех фотонов становится меньше (вплоть до «остановки света», которая на самом деле просто промежуток между поглощением и переизлучением).

                              Но в реальности любой фотон либо летит строго со скоростью света, либо поглощен другой частицей, ни один фотон никогда не движется со скоростью меньше, чем c.
                                0
                                А скорость автомобиля всегда равна скорости автомобиля. Даже когда когда он останавливается на заправке и велосипедист его обгоняет (черенковское излучение), скорость авто все равна скорости авто. Классно.
                                  0
                                  c — глобальная константа. Автомобиль имеет разную скорость с разных точек отсчета
                                    0
                                    В аналогии с это максимальная скорость авто. Прочитайте определение коэффициенту преломления.
                                    0
                                    Нет, в данном случае есть автомобиль который может ехать с постоянной скоростью относительно поверхности (гравитация или расширения пространства может исказать само пространство, но это не влияет на скорость фотона относительно него), либо превращаться в фонарный столб с другими свойствами. И да, велосипедист может его обогнать.

                                    Что вам кажется тут нелогичным?
                                      0
                                      Что вы не признаете факт: автомобиль превращается в столб и меняет свою скорость.
                                        0
                                        Только это уже будет не автомобиль. В данном случае, автомобиль врезается в столб и весь уходит в нагревание столба. Причем скорее всего моментально (нет сведений, что процесс поглощения фотона не моментальный). Поэтому может существовать либо двигающися автомобиль, либо горячий столб, но вы не увидите остановившийся автомобиль или медленно едущий автомобиль.
                                          0
                                          Так. Заигрались в аналогии. Я не хочу продолжать.

                                          1. Два фотона летят к детектору. Один пролетает сквозь аквариум и прилетает позже. Очевидно что скорость замедляется.

                                          2. Коэффициент преломления среды — отношение фазовой скорости фотона в вакууме к фазовой скорости фотона в данной среде.

                                          3. Если скорость света постоянна во всех средах и равна ~3*10^0, то частица в черенковском детекторе летит со скоростью выше скорости света в вакууме, что запрещено.
                                            0
                                            1. Очевидно, квантовая физика совсем не очевидна, и, очевидно, не стоит доказывать свои утверждения о квантовой физике используя слово «очевидно».

                                            Прочитайте что такое фазовая скорость и этот комментарий.

                                            Тот что прилетает позже (в случае одиночного фотона не факт что позже) это вообще может быть совсем не тот фотон, что вылетел раньше.

                                            3. Кем запрещено? Читайте что такое фазовая скорость и почему она может быть больше скорости света в вакууме. Средняя скорость фотона может быть меньше с, мгновенная скорость фотона всегда равна с, о чем вам много раз уже написал.

                                            2. Это правильное определение, но во-первых, не из квантовой физики, а оптики (которую изучили до КФ и не применимо в случае, когда рассматривают одиночные фотоны и атомы), во-вторых читайте что такое фазовая скорость фотона. Это вообще-то «виртуальная» скорость фазы волны и она может быть и меньше и больше скорости света в вакумме.
                                              0
                                              Понял, что мы о разном. Обычно, упоминая скорость света, говорят о групповой. В контексте передачи информации.
                            0
                            По этой теории, частицы всегда имеют местоположение (которые и являются скрытыми переменными), и, следовательно, объективную реальность, но при этом они направляются волной. Поэтому реальность как волновая, так и корпускулярная. Волна проходит по обоим путям, а частица – по одному из двух. Наличие или отсутствие второго светоделителя влияет на волну, которая проводит частицу к детекторам – и этот результат совпадает со стандартной квантовой механикой.


                            Вопрос. А если после делителя один из путей будет длиннее второго. Какой ожидается результат на детекторе?
                              0
                              Лично мне до сих пор нравится следующая интерпретация (знакомые с основами КМ могут сразу перематывать на середину видео):
                                0
                                Я не понимаю почему эксперимент Уиллера (и вообще все «мысленные эксперименты») называют экспериментами, а не гипотезами? Мы же на самом деле не знаем, а только предполагаем, каким должен быть результат эксперимента, и пытаемся делать из этого выводы. Называя это «экспериментом», и, тем более опуская приставку «мысленный», можно только добавить путаницы.

                                Вот на приведённой инфографике:
                                • В первом «эксперименте» делается предположение, что фотон ведёт себя как частица
                                • Во втором — как волна
                                • В третьем почему-то утверждается «the photon should act like a particle». Почему? На сколько я понимаю, результат первого и второго «экспериментов» существуют только в голове у экспериментатора. Почему утверждается именно «как частица»?
                                • Если (третий) мысленный эксперимент проводится для проверки противоречивости некоторой гипотезы, то почему проверяется только один вариант? Почему не указано возникнет ли противоречие, если с самого начала фотон будет вести себя «как волна»?
                                  +4
                                  Потому что это реальные физические эксперименты, проведенные в лабораториях.
                                +2
                                Я кстати недавно придумал для себя альтернативное популярное представление квантовой механики. (Специально уточняю: Не какую-то там новую «научную» теорию, а лишь аналогия, позволяющую представлять процессы «на пальцах».)
                                Смысл в том, что обычно мы мыслим категориями объектов в IT-шном смысле. От кирпича до фотона — они есть объект, у них есть свойства, такие как масса, координаты, импульс, угловой момент/спин, заряд и т.д. Каждый заряженный объект создаёт вокруг себя электромагнитное поле, совокупность полей всех заряженных объектов создаёт общее электромагнитное поле вселенной.
                                Тут появляется куча вопросов: Почему кирпичи не уникальны, а фотоны-электроны да. Почему они неделимы и у них нет внутренней структуры, но при этом они ухитряются обладать какими-то свойствами. Как фотон ухитряется пройти сквозь две щели одновременно и интерферировать с самим собой?
                                Выкидываем объектную модель на помойку и заменяем её компонентной моделью, которая используется в геймдеве. :) Т.е. первичны именно поля, являющиеся аналогами систем в компонентной модели. Вся реализация скрыта именно в них. (В отличии от систем физические поля связаны друг с другом и при определённых обстоятельствах вообще объединяются, что делает аналогию более сложной, но всё-таки...)
                                Сами кванты превращаются в компоненты, т.е. элементарные объекты не имеющие ничего, кроме своего id. Т.е. фотончик это всего лишь бирка с надписью «фотон». А электрон — бирка с надписью «электрон». Поля сами «знают» с кем они имеют дело, а с кем нет. Гравитационное поле «выбирает» все электроны из списка «вселенная» и и использует их в изменении собственного состояния. И электромагнитное. А вот слабое и сильное — нет.
                                Это позволяет перестать задаваться вопросами, которые в квантовой механике считаются бессмысленными. Почему все электроны не отличимы друг от друга? Потому что это элементарные объекты, не имеющие никаких собственных свойств. Как фотон может пройти через две щели одновременно? Никак. Он не проходит. Потому что он вообще не движется. У него нет ни координат, ни импульса. Есть лишь изменения состояния электромагнитного поля.

                                  +4
                                  Но это ведь не аналогия, так все и есть, поля первичны.
                                    0
                                    И сколько популярных описаний вы видели с таким уклоном? Открываем ту же википедию, да, там, сказано, что фотон — квант электромагнитного поля и тут же: «Это безмассовая частица, способная существовать в вакууме только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю.». Т.е. акцент делается на том, что это такой шарик, который летает в пустоте, у него есть скорость, есть свойства, вроде нулевого заряда и т.д.
                                      +1
                                      «Частица» != «шарик».
                                      Это просто название кванта соответствующего поля.
                                      То что частицы воспринимаются людьми как шарики, скорее всего и вводит в заблуждение.
                                      Даже электроны в атоме не шарики, а размазанные в пространстве электронные облака.
                                        +1
                                        Понимаете, «шарик» это ироничное словечко, подчёркивающее суть неправильного представления квантов. Как неких самостоятельных, обособленных объектов. Даже вы, говоря обратное, тут же делаете эху ошибку: «электроны в атоме не шарики, а размазанные в пространстве электронные облака». Но «размазанные» всё ещё в терминах языка подразумевает обособленность, некий самостоятельный объект. Или если взять каноничное представление фотона, ещё из школьного учебника, где его рисуют как перпендикулярные графики электрического и магнитного полей. Это представление заставляет считать будто кусочек поля сосредоточен в фотоне. Но ведь это не правда. Т.е. проблема в том, что когда мы говорим о квантовом мире языком слов, а не формул, мы невольно вводим себя и окружающих в заблуждение, формируя представление о квантах, как о «шариках». А уж о твёрдых и мелких или о «дымчатых» и распылённых — не важно.
                                    +1
                                    Вы ща квантовую теорию поля изобретете )
                                      +1
                                      Я не изобретаю теорий, я попытался найти более близкое к реальности описание на пальцах. Все популярные статьи, что я видел, включая эту, описывают события в стиле «мы собрали систему из зеркал и лазеров, запустили там фотоны и они странно себя ведут, вплоть до того, что нереальны». Странно для чего? Для «летящих в пустоте шариков»? Да, для них — странно.
                                        0
                                        Какие шарики? Ну не ленитесь КТП: Квантование полей
                                          +1
                                          Не лениться — что? Специфическая статья, в которой невозможно написать иначе. У вас есть пример популярного изложения, в котором кванты бы не подавались, как самостоятельные объекты?
                                            0
                                    –2
                                    Теория де Бройля-Бома логично объясняет эксперимент Уилера. Фотон — частица, создающая волну, поэтому всегда обладает корпускулярными и волновыми свойствами. Что, в частности, позволяет создавать интерференционную картину при прохождении единичных фотонов (или электронов) в двухщелевом эксперименте.
                                      –1
                                      Я имел ввиду это объяснение:
                                      «Теория де Бройля — Бома, детерминистская и реалистическая альтернатива стандартной квантовой механики, вполне способна объяснить эксперимент с отложенным выбором. По этой теории, частицы всегда имеют местоположение (которые и являются скрытыми переменными), и, следовательно, объективную реальность, но при этом они направляются волной. Поэтому реальность как волновая, так и корпускулярная. Волна проходит по обоим путям, а частица – по одному из двух. Наличие или отсутствие второго светоделителя влияет на волну, которая проводит частицу к детекторам – и этот результат совпадает со стандартной квантовой механикой».

                                      Не понимаю, что не устраивает других физиков в таком объяснении. Просто нельзя одновременно регистрировать волновые и корпускулярные свойства фотона, в регистрации он либо то, либо другое. Но это не означает, что в угоду нашим возможностям фотон должен быть или волной или частицей. Поэтому «проблема отложенного выбора» не у фотона, а у экспериментатора, который не принимает одновременность двух его свойств. Назвали бы эту одновременность суперпозицией — как противоположные значения спинов у запутанных фотонов…
                                      –1
                                      нереальность квантового мира
                                      Ужасное название! А как вы провели границу между квантовым и классическим миром, ежели любые макро объекты в состоят из квантовых? И нами управляют законы квантовой механики!

                                      Копенгагенская интерпретация — полная чушь, ибо коллапс волновой функции — целиком искусственное явление! Например, мы измерили некую величину, и она оказалась равна N. Почему из всех возможных измерений прошло именно N — и кто его выбрал? Чем он лучше иных? Случайно? Но реальной случайности не существует!

                                      Многомировая интерпретация намного более логична — все измерения равны, никакое из них ничем не лучше, и все они реализованы в своей копии вселенной. С учётом их вероятности — конечно.

                                        +1
                                        А для фотона вообще время существует?
                                        (он же движется с максимальной скоростью — значит для него момент вылета и момень прилета — это одно и то же? — может в этом собако зарыто)
                                          0
                                          Именно «отсутствие времени» для фотона в каком-то смысле и доказывают вышеописанные опыты.
                                            0
                                            А вообщеу да. Допустим, на полпути наблюдатель меняет схему. Для него прошло некотороые время после вылета фотона. Но для фотона момент вылета, попадание на зеркало и попадание в детектор один и тот же. По сути, фотон попадает в детектор в момент своего вылета, а значит он может поменять свою природу, когда на пути обнаруживается наблюдатель.
                                              0
                                              То, что для фотона время пролёта равно нулю, не означает, что он может поэтому вернуться в прошлое для изменения пути. Ну и кроме фотонов те же электроны тоже создают интерференционную картину, а они имеют массу, соответственно, собственное время пролёта, не равное нулю.
                                                0
                                                Фотону и не нужно возвращаться назад, т.к. он попадает на детектор в момент своего вылета. По сути, он сразу «приземляется» в нужное место, потому и не знает об изменениях в пути полета. Где-то рассматривался феномен скорости света. Для фотона вся Вселенная выглядит плоским блином с нулевой глубиной. Точка вылета и есть точкой прибытия, между ними просто тает лед ничего не существует.
                                                UPD: не встречал приведенный эксперимент с массовыми частицами. Интерференция электронов вроде тут ни при чем
                                                  –1
                                                  Не в момент вылета. Вы забываете что для фотона не существует времени в вакууме, когда он движется с максимальной скоростью, тогда как эксперименты проводятся в среде, где скорость фотонов меньше c. Следовательно между излучением и поглощением он таки движется во времени.
                                                    0
                                                    фотон всегда летит со скоростью света, даже в среде. Просто из-за переотражений и переизлучения луч проходит больший путь
                                                      –1
                                                      О как. Значит частица, порождающая излучение Черенкова движется со сверхсветом?
                                                        0
                                                        ну тогда вам пора в школу
                                                        0
                                                        В среде фотон вовсе фактически не летит. Он её составляющими поглощается, затем эти составляющие переиспускают другой фотон, свойства которого определяются исходным фотоном и особенностями среды, далее он ещё неоднократно может быть переизлучён по пути, и в итоге иногда это возмущение проходит среду насквозь и с другой стороны излучается очередной фотон. С отражением та же фигня, только не с другой стороны, а в другую сторону.

                                                        Тут на днях даже названия видел для возмущений от фотона в веществе — Поляритон. Вот тут видел: stimul.online/news/sozdan-pribor-razdelyayushchiy-tok-spinov-v-zhidkom-svete
                                                  0
                                                  Тут нужно заметить что именно считать временем. В природе нет *времени* а есть лишь движение и изменение. Время это кхм, человеческий суррогат.
                                                  0
                                                  Как можно не упомянуть в статье где упоминяется эксперимент с отложеном выбором Джона Белла? Да и Алена Аспекта…

                                                  image
                                                    0
                                                    Но эксперимент Белла (точнее, Аспе) — не с отложенным выбором. Это проверка неравенств Белла, собственно — немного другая задача…
                                                    –2
                                                    Но есть нюанс. В точке пересечения путей 1 и 2 можно добавить ещё один светоделитель, что всё меняет. В таком случае квантовая механика говорит, что фотон как бы проходит по двум путям одновременно как волна. Две этих волны сходятся вместе на втором светоделителе. Эксперимент можно поставить так, что волны комбинируются конструктивно – пик к пику, провал к провалу – только если они идут по направлению к детектору Д1. А путь к счётчику Д2 обозначает деструктивную интерференцию. При таком раскладе фотон всегда можно будет найти в Д1, и никогда – в Д2.
                                                    Все вы врете!

                                                    Достаем набор юного ядерщика квантового физика и повторяем эксперимент:
                                                    image
                                                    Ну в начале все хорошо. Прямо как в описанном эксперименте! Обнадеживающее начало!
                                                    Добавляем еще одно полупрозрачное зеркало и…
                                                    image
                                                    и Epic Fail… не взлетело.

                                                    Вообще современная физика прямо как магия, а физики как маги — обыватели должны им верить на слово. Даже на образовательных каналах эксперименты не показывают, показывают только "страшные установки" да 3D рендеры "экспериментов".

                                                    Кстати, предлагаю свой эксперимент. Берем две щели и светим на них лазером. За щелями на экране наблюдаем интерференционную картину. Измеряем среднюю яркость экрана с интерференционной картиной. Затем закрываем одну щель, повторяем измерение. Открываем и закрываем другую щель, повторяем измерение. Два последних измерения должны быть равны друг другу. Теперь думаем:
                                                    Если свет это волна, то в минимумах интерференционной картины яркость 0(волны взаимно гасятся), в максимумах яркость * 2(волны складываются) и средняя яркость экрана будет такой же, как и при одной закрытой щели.
                                                    Если же свет это что-то непонятное коллапсирующее в момент измерения, то суммарная яркость экрана должна быть равна сумме яркостей при одной закрытой щели, т.к. свет если свет не обнаруживается в минимуме, то он просто пошел весь в максимум — взаимного гашения не происходит и в максимуме должна обнаруживаться яркость не в 2, а в 4 раза большая.
                                                    Как вам идея?
                                                      +1
                                                      и Epic Fail… не взлетело.

                                                      Во-первых, в тексте идет речь о единичных фотонах — у вас же лазерная указка с великим множеством фотонов, так что вы измеряете чисто классическую интерференцию. Во-вторых, и в вашем эксперименте ее можно было бы наблюдать, если настроить зеркала получше — чтобы пучки на делителе луча совпадали. У вас явно они не настроены. Тогда получите интерференционные кольца (в зависимости от качества указки, конечно).
                                                      Приходите на дни открытых дверей на физфаки, или дни науки в вашем городе — вам расскажут и покажут, что никакой магии нет.
                                                        +1
                                                        А какая разница один фотон или много? Разве в случае "много" не должен каждый фотон интерферировать сам с собой?
                                                        Боюсь настройка что бы пучки совпадали с точностью до нанометра в домашних условиях задача очень трудно реализуемая. А интерференцию и так видно в любом пучке лазера — именно поэтому свет лазера выглядит неестественным. В любом случае первая часть была шуточная. А вот про часть с экспериментом хотелось бы услышать комментарии от тех кто "в теме".
                                                          +1
                                                          А, пардоньте, я все серьезно воспринял — тут последнее время такие бывают матерые альтернативщики, что я и не удивился...:)

                                                          В принципе, да, каждый фотон будет интерферировать сам с собой. Просто для лазера это и так очевидно безо всяких квантов — это классическая интерференция, можно настроить фазу так, что один порт будет темным, а другой — ярким. Суть в том, что если посылать одиночные фотоны, то они все равно ведут себя как волны — и это немного удивительно, учитывая, что в других условиях они ведут себя как частицы.

                                                          Важно, что надо различать одиночные фотоны и лазер — в этом суть двухщелевого эксперимента: одиночные фотоны ведут себя как частицы (хотя могут быть описаны волновой функцией) — т.е. мы не видим интерференции на экране. Но если набирать статистику, посылать фотоны один за одним, мы в итоге получим интерференционную картину, как если бы мы сразу запустили много фотонов (в лазере).

                                                          Насчет эксперимента: закрытие щели будет равносильно измерению (и приведет к «коллапсу») — точнее, никакого состояния суперпозиции даже не образуется. Коллапс — это такой хитрый способ написать, что мы измерили фотон (например, он поглотился фотодетектором).
                                                            –1
                                                            Ещё раз о сути предложенного эксперимента.
                                                            Через щель проходит свет. Его количество примем за 1. Через две щели соответственно проходит света 1+1 = 2. Далее возможно два варианта:
                                                            1) Если свет это волна, то проинтерферировав в минимумах получаем 0(волны в противофазе), в максимумах получаем 2(волны совпадают по фазе). Среднее получается (0+2)/2 = 1, т.е. половину от всего света прошедшего через обе щели.
                                                            2) Если свет это квантовая частица и ведёт себя так как в эксперименте который я "пытался повторить" выше, то свет из минимумов не пропадает, а перераспределяется в максимумы, итого в минимумах пооучаем 0, а в максимумах должны получить 4(свет от одной щели + свет от другой щели + свет который не обнаружился в минимуме от одной щели + свет который не обнаружился в минимуме от другой щели) и среднее должно быть (0+4)/2 = 2, т.е. весь свет который прошел через обе щели.
                                                            Каков будет результат эксперимента? Если ли в рассуждениях ошибки?
                                                              +1
                                                              Среднее считать некорректно, т.к. у вас распределение интенсивности (как в комменте ниже).
                                                              Если просуммировать интенсивность по всей интерференционной картинке, вы всегда получаете полную мощность, равную падающей на щели — это просто закон сохранения энергии.
                                                                –1
                                                                То, что на экран попадает полная энергия это понятно, но… а можно ли ее обнаружить? Возьмём просто два луча, сведём их и пустим в полной фазе и направим на экран. В результате имеем точку двойной яркости. А теперь сдвинем один луч, что бы они были в противофазе. Точка на экране пропадет. Что случилось с энергиями лучей? Энерния-то никуда не делась. Если считать свет волной, то обе волны так и продолжают движение проходя сквозь экран, т.к. просто не взаимодействуют с ним(поскольку все попытки взаимодействия одной волной компенсируются противоволной) и эта энергия хоть и присутствует в системе, но в виду невозможности обнаружения является «потерянной»(темная энергия?). А вот если свет это квантовая частица… в луче из-за интерференционной она обнаружена быть не может, так где же она?
                                                                  +1
                                                                  Хм, давайте по пунктам:
                                                                  Возьмём просто два луча, сведём их и пустим в полной фазе и направим на экран. В результате имеем точку двойной яркости.

                                                                  У вас будет интерференционная картинка, типа колец, и в центре, да, будет точка максимальной яркости. Сумма всех колец по большой площади даст полную энергию.
                                                                  А теперь сдвинем один луч, что бы они были в противофазе. Точка на экране пропадет.

                                                                  Точка в центре пропадет, энергия перераспределится в другие максимумы:
                                                                  image
                                                                  Если считать свет волной, то обе волны так и продолжают движение проходя сквозь экран, т.к. просто не взаимодействуют с ним

                                                                  Это что-то неортодоксальное. Волна просто поглощается, разумеется.
                                                                    –1
                                                                    А причем тут картинка с кольцами? Под лучшем я имел ввиду одну волну, а не пучок.

                                                                    Почему неартодоксальное? Одна ЭМ волна пытается воздействовать на заряженную частицу в одну сторону, а другая в противофазе с ней — в другую. Сумма векторов воздействия на частицу равна 0, частица никак не проявляет наличия волн. Что не так с таким суждением?
                                                                      +1
                                                                      Окей, а как вы их «соедините»? Например, если у вас есть делитель луча (обычный способ соединения) — на одном выходе будет ноль, а на другом — максимум. Как бы вы ни придумывали, как эти две волны произвести и соединить, всегда будет дополнительный канал, куда уйдет энергия — это закон сохранения и он всегда будет выполняться.

                                                                      Почему неартодоксальное?

                                                                      А, я не понял ваш аргумент. Конечно, если у вас две волны гасят друг друга, то и энергии нет — она пошла куда-то в другое место (см выше).
                                                        +1
                                                        Кстати, предлагаю свой эксперимент. Берем две щели и светим на них лазером. За щелями на экране наблюдаем интерференционную картину. Измеряем среднюю яркость экрана с интерференционной картиной. Затем закрываем одну щель, повторяем измерение.
                                                        А на одной щели — у нас тоже будет
                                                        image
                                                          0
                                                          в максимумах яркость * 2(волны складываются)

                                                          Амплитуда эм поля умножается на 2, но поток энергии (~яркость) пропорционален квадрату амплитуды.
                                                            –2
                                                            Поздравляю! Вы только что изобрели вечный двигатель!
                                                            Берем волну с энергией E, берем вторую волну с энергией E, сводим вместе и получаем энергию E*4! E*2 опять в виде двух волн пускаем в «генератор», а E*2 забираем и используем на свои нужды.

                                                            Как ваше утверждение может выполнятся не нарушая закон сохранения энергии?
                                                          –3
                                                          На мой взгляд все эти квантовые парадоксы вызваны совершенным нежеланием понять, что фотон никогда никуда не «отражается». Он поглощается атомом вещества зеркала полностью и перестаёт существовать, а потом атом вещества избавляясь от лишней энергии переизлучает фотон. С какого перепуга считается, что «отраженный» таким образом фотон должен соответствовать поглощенному по свойствам и характеристикам вот главная загадка квантовой физики лично для меня.
                                                            0
                                                            отчасти Вы правы. Фотон поглощается электроном, затем испускается новый. Это в первом приближении. В случае зеркала — электронная жидкость отражает/ пере испускает фотон подобно отражению. Просто упрощенная модель оказалась настолько близкой к реальности, что ее можно не боясь применять.
                                                            Или подобное. Звук отражается от стены. Атомы также возбуждаются, а затем возбуждают обратную волну.
                                                            Кстати, в этой книге Фейнмана объясняется почему движение фотона подобно движению частицы.
                                                            0
                                                            Почитал комментарии и подумал (не судите строго дилетанта): а разве нет аналогии между тем, что у фотона нет его внутреннего времени (поскольку он двигается со скоростью света и между испусканием и поглощением по его внутренним часам всегда проходит ровно ноль) и неопределенностью пространственных координат?

                                                            Нет ли точно такой же неопределенности координаты временной, выражающейся в том, что оный фотон можно равновероятно встретить в любой точке временного отрезка его существования и только факт «наблюдения» (поглощения) сводит эту вероятность к точно определенной временной точке?

                                                            Простите, если бред ))
                                                              +1
                                                              Электроны и т.п. частицы имеют массу и двигаются меньше C, но также сущности квантового мира.
                                                              –1
                                                              Num
                                                              Копентгагенская интерпретация говорит, что волновая функция коллапсирует ровно в момент измерения, до этого оставаясь статистическим объектом. Измерение мы проводим только в последнем шаге. ЧЯДНТ? Если придержится копентгагенской интерпретации, противоречия нет вовсе.

                                                              Более того, всё ещё остается открытым вопрос что такое «измерение». Требует ли измерение наличие сознания у наблюдателя? Коллапсирует ли волновая функция если измерение некому анализировать? Вопрос нереальности фотона отступает по сравнению с вопросом антропоцентрированности физики и окружающей действительности)


                                                              JTG
                                                              В первом «эксперименте» делается предположение, что фотон ведёт себя как частица
                                                              Во втором — как волна

                                                              kauri_39
                                                              Не понимаю, что не устраивает других физиков в таком объяснении. Просто нельзя одновременно регистрировать волновые и корпускулярные свойства фотона, в регистрации он либо то, либо другое.

                                                              Nick_Shl
                                                              1) Если свет это волна…
                                                              2) Если свет это квантовая частица...


                                                              Возьмите не две щели, а много-много. Вместо электронов или фотонов возьмите нейтроны. — И начните реальный опыт — облучайте кристалл нейтронами.

                                                              А что это вам даст?

                                                              Дело в том, что нейтрон при рассеивание на атомах кристалла образует две картинки на экране:

                                                              Те нейтроны, у которых при рассеянии спин перевернулся (при соударении с атомом кристалла) образуют на экране интерференционные полосы (по вашему они волны, или проявляют волновые свойства).

                                                              Те нейтроны, у которых при рассеянии спин НЕ перевернулся (а соударения с атомом кристалла всё же было) образуют на экране плавно изменяющийся фон (а вовсе НЕ интерференционные полосы — по вашему они частицы, или ведут себя как частицы).

                                                              Сами понимаете, что считать в одном случае — при переворачивании спина при соударении с атомом кристалла — нейтрон волной, а в другом случае — при не изменённом спине при соударении с атомом кристалла — нейтрон частицей — наверное умственно можно, но как то это напоминает натягивание совы на глобус.

                                                              Столкнувшись с такими экспериментами, часть физиков и решили изгнать «волна-частица» из волновой квантовой механики.

                                                              P.S. Кстати, «Те нейтроны, у которых при рассеянии спин НЕ перевернулся (а соударения с атомом кристалла всё же было)» — не напоминает ли вам установку детектора возле одной из щелей для детектирования прохождения квантовой частицы? — Но тогда, кто это «измеряет» и есть ли тут вообще «измерения» и куда (на какой «типа осциллограф») выводится измеряемая (детектируемая) величина? - Есть что ответить на это?

                                                                –2
                                                                Ответа ни от кого нет. — Хм.

                                                                Сами понимаете, что считать в одном случае — при переворачивании спина при соударении с ядром атомом кристалла — нейтрон волной, а в другом случае — при не изменённом спине при соударении с ядром атомом кристалла — нейтрон частицей — наверное умственно можно, но как то это напоминает натягивание совы на глобус.
                                                                Однако тут у меня ошибкакаюсь, правильно читать надо так:

                                                                Сами понимаете, что считать в одном случае — при переворачивании спина при соударении с атомом кристалла — нейтрон частицей, а в другом случае — при не изменённом спине при соударении с атомом кристалла — нейтрон волной — наверное умственно можно, но как то это напоминает натягивание совы на глобус.

                                                                1. Итак, вылетают, к примеру, три нейтрона из источника, имеющее разнообразное направление спина — неважно какое, вверх или вниз — и бах в детектор мишени. — Никакой интерференции — нейтроны частицы?
                                                                2. Итак, вылетают, к примеру, три нейтрона из источника, имеющее разнообразное направление спина — неважно какое, вверх или вниз — на их пути кристалл — происходит рассеяние двух нейтронов, но один нейтрон как летел себе так и летит дальше (соударения у него не было с ядром атома кристалла) — бах в детектор мишени — никакой интерференции — этот нейтрон частица?

                                                                  Второй нейтрон поимел соударение с ядром атома кристалла и изменил спин (заодно изменило как-то свой спин и ядро) — бах в детектор мишени — никакой интерференции — этот нейтрон частица?

                                                                  Третий нейтрон поимел соударение с ядром атома кристалла, изменил немножко своё направление, но спин свой не изменил (и спин ядра никак не изменился) — бах в детектор мишени — «интерференция»!!! — этот нейтрон волна? — А чем он отличается от того нейтрона что вообще не соизволил повстречаться с ядром кристалла и который «повёл себя» как частица? — Хм, ничем или «историей своей»?
                                                                3. Итак, летят — уже «после» пролёта кристалла — к детекторам мишени три нейтрона с одинаковым (к примеру) значением (как по величине так и по направлению) своих спинов и… каждый из них ведёт себя по разному в зависимости от того, «ударился» (рассеялся) ли он вообще на ядре кристалла, а если и рассеялся, то с изменением спина или нет — и вот, в зависимости от этой «своей истории» каждый из этих нейтронов есть (ведёт себя как) волна или частица?

                                                                В этом опыте, ядро атома кристалла — при хоть каком-нибудь изменении его, ядра, спине — ведёт себя аналогично «подсматривающему детектору возле щели в классическом опыте».

                                                                И типа, при желании мы (как типа экспериментаторы) можем(?) как-то определить, какие ядра атома кристалла изменили свой спин (типа «детектировав» пролетающие нейтроны, рассеявшиеся на этих ядрах атомов кристалла с изменением своего (нейтрона) спина).

                                                                Конечно, можно и так описывать этот опыт, приговаривая — вот этот нейтрон, поменявший свой спин при рассеянии (и «пометивший» изменением спина (ядра) также и ядро атома кристалла) «ведёт себя как частица» — ибо он стал "различим".

                                                                А вот этот нейтрон, не поменявший свой спин при рассеянии (но изменивший направление своё при рассеянии на ядре атома кристалла) «ведёт себя как волна» — ибо он остался(!) "не различим", ибо никак не «пометив» ядро атома кристалла.

                                                                А почему, мимо ядра пролетевший в кристалле, нейтрон как был(?) так и остался частицей — это вообще интересный вопрос — он типа тоже «различим» — чем? — Тем что пролетел мимо ядра атома кристалла никак себя не отметив?

                                                                Хороший вопрос. Поди. (С)
                                                                0
                                                                тогда вам придётся принять, что будущее может влиять на прошлое

                                                                Эффект Манделы?

                                                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                Самое читаемое