delayed choice quantum erasure
Nov. 25th, 2007 02:00 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
109это в продолжение славной традиции жежешных лекций. кто о чём рассказывает, а я о квантовой сути природы.
сегодня я расскажу про mind-boggling эксперимент, который добавляет весьма весомый кусок в понимание - или, скорее, непонимание того, как устроена природа на квантовом уровне. эксперимент, для которого нет приемлемого объяснения в рамках копенгагенской интерпретации.
для начала напомню вкратце про double-slit эксперимент. в непрозрачной пластине делаем две прорези на таком расстоянии друг от друга, чтобы, если с одной стороны на них светить светом, с другой стороны получалась интерференционная картина. расстояние это довольно макроскопично - миллиметры в случае видимого света.
с волновой точки зрения ничего удивительного - прорези становятся как бы новыми источниками волн и эти новые волны интерферируют друг с другом. однако же, интерферирует не только свет. интерферируют электроны, нейтроны, и даже фуллерены - молекулы, содержащие аж 60 атомов углерода.
далее, приходится отбросить также теорию о том, что частицы, одновременно пролетающие через разные щели, как-то взаимодействуют друг с другом - ибо эксперимент можно поставить так, чтобы излучать только одну частицу, а интерференционная картина всё равно образуется. поэтому приходится признать, что каждая частица каким-то образом проходит одновременно через обе щели и далее интерферирует "сама с собой".
тут начинается конец материализма, сначала чуть-чуть, дальше - больше.
для того чтобы частица прошла через обе щели (и поучаствовала в создании интерференционной картины), необходимо и достаточно, чтобы мы не знали, через какую щель она прошла.
перечитайте ещё раз.
звучит совершенно нереально, не так ли? тем не менее, это чистая правда. казалось бы, какое влияние может иметь нематериальное "знание" на физическую реальность? а вот.
более, того, эксперимент можно гарантированно поставить так, чтобы получать "знание" абсолютно без какого-либо физического воздействия на частицу, проходящую через двойную прорезь. для этого используют так называемые entangled частицы (look it up). конкретно, для экспериментов по quantum erasure использовали entangled photons, получаемые при поглощении более высокоэнергичных фотонов боратом бария (насколько я помню). результатом является пара фотонов, имеющих одинаковую поляризацию и разлетающихся в строго противоположных направлениях. один такой фотон летит через двойную прорезь, другой - сквозь поляризованный фильтр на детектор, так что мы знаем его поляризацию - и, соответственно, поляризацию первого фотона.
пока ничего не изменилось, мы не знаем, через какую именно из двух щелей проходит первый фотон, интерференционная картина есть. теперь мы ставим за щелями поляризованные фильтры - один с таким же направлением поляризации, как у второго фотона, другой - перпендикулярно. теперь для каждого фотона, попавшего в результате на экран, мы можем сказать, через какую щель он прошёл - потому что мы измеряли поляризацию его брата-близнеца. результат - интерференции нет.
теперь - внимание! quantum erasure! перестаём измерять поляризацию близнеца (поляризованные фильтры за щелями остаются). интерференционная картина восстановилась, хотя никаких (казалось бы) физических изменений мы не сделали - изменилось только наше знание о поляризации.
с этим экспериментом копенгагенская интерпретация ещё кое-как справляется, пожертвовав свойством локальности (волновая функция фотонов, которые entangled, мгновенно коллапсирует в момент измерения поляризации второго фотона вне зависимости от расстояния между фотонами).
и теперь самое интересное - delayed choice quantum erasure. второй фотон перед проходом через фильтр можно пропустить через полупрозрачный сплиттер, который половину фотонов случайным образом будет посылать в одну сторону, через поляризатор на детектор №1, а вторую - без поляризатора на детектор №2.
если вы свыклись, или просто смирились с результатом предыдущего эксперимента, то, наверно, сможете предсказать результат этого. подмножество фотонов, "братья" которых попали на детектор №2, образовали интерференционную картину, а фотоны, "братья" которых попали на детектор №1, не образовали. ну и что ж тут такого, типа.
mind-boggling part здесь в том, что сплиттер можно поставить далеко. а результат эксперимента всё равно такой же. то есть получается, что первый фотон попал на экран и образовал (или не образовал) интерференционную картину до того, как его брат прошёл через сплиттер. hence: delayed choice. выбор, участвовать ли в интерференционной картине, принимается после того, как первый фотон уже зарегистрирован в какой-то совершенно определённой точке на экране. иными словами - выбор, проходить ли фотону через одну, или через обе щели, принимается после того, как фотон уже прошёл через одну или обе щели.
копенгагенское объяснение, разумеется, состоит в том, что регистрация первого фотона экраном коллапсирует волновую функцию и приводит к тому, что сплиттер направляет второй фотон по совершенно определённому пути - например, туда, где стоит фильтр. такое мгновенное "управление" сплиттером на расстоянии как-то совсем нефизично. ничем не лучше, чем принять возможность сигналов "из будущего" от второго фотона к первому, что тоже, в общем, воспринимается примерно как вечный двигатель.
такое впечатление, что природа is fucking with scientists. думаю, что новая интерпретация не за горами. эксперимент этот про delayed choice, кстати, относительно новый - 1999 год.
ссылки приветствуются, копирование в интернете - только с линком на оригинал (сюда). если кто из традиционных изданий захочет напечатать - обращайтесь за копирайтом.
сегодня я расскажу про mind-boggling эксперимент, который добавляет весьма весомый кусок в понимание - или, скорее, непонимание того, как устроена природа на квантовом уровне. эксперимент, для которого нет приемлемого объяснения в рамках копенгагенской интерпретации.
для начала напомню вкратце про double-slit эксперимент. в непрозрачной пластине делаем две прорези на таком расстоянии друг от друга, чтобы, если с одной стороны на них светить светом, с другой стороны получалась интерференционная картина. расстояние это довольно макроскопично - миллиметры в случае видимого света.
с волновой точки зрения ничего удивительного - прорези становятся как бы новыми источниками волн и эти новые волны интерферируют друг с другом. однако же, интерферирует не только свет. интерферируют электроны, нейтроны, и даже фуллерены - молекулы, содержащие аж 60 атомов углерода.
далее, приходится отбросить также теорию о том, что частицы, одновременно пролетающие через разные щели, как-то взаимодействуют друг с другом - ибо эксперимент можно поставить так, чтобы излучать только одну частицу, а интерференционная картина всё равно образуется. поэтому приходится признать, что каждая частица каким-то образом проходит одновременно через обе щели и далее интерферирует "сама с собой".
тут начинается конец материализма, сначала чуть-чуть, дальше - больше.
для того чтобы частица прошла через обе щели (и поучаствовала в создании интерференционной картины), необходимо и достаточно, чтобы мы не знали, через какую щель она прошла.
перечитайте ещё раз.
звучит совершенно нереально, не так ли? тем не менее, это чистая правда. казалось бы, какое влияние может иметь нематериальное "знание" на физическую реальность? а вот.
более, того, эксперимент можно гарантированно поставить так, чтобы получать "знание" абсолютно без какого-либо физического воздействия на частицу, проходящую через двойную прорезь. для этого используют так называемые entangled частицы (look it up). конкретно, для экспериментов по quantum erasure использовали entangled photons, получаемые при поглощении более высокоэнергичных фотонов боратом бария (насколько я помню). результатом является пара фотонов, имеющих одинаковую поляризацию и разлетающихся в строго противоположных направлениях. один такой фотон летит через двойную прорезь, другой - сквозь поляризованный фильтр на детектор, так что мы знаем его поляризацию - и, соответственно, поляризацию первого фотона.
пока ничего не изменилось, мы не знаем, через какую именно из двух щелей проходит первый фотон, интерференционная картина есть. теперь мы ставим за щелями поляризованные фильтры - один с таким же направлением поляризации, как у второго фотона, другой - перпендикулярно. теперь для каждого фотона, попавшего в результате на экран, мы можем сказать, через какую щель он прошёл - потому что мы измеряли поляризацию его брата-близнеца. результат - интерференции нет.
теперь - внимание! quantum erasure! перестаём измерять поляризацию близнеца (поляризованные фильтры за щелями остаются). интерференционная картина восстановилась, хотя никаких (казалось бы) физических изменений мы не сделали - изменилось только наше знание о поляризации.
с этим экспериментом копенгагенская интерпретация ещё кое-как справляется, пожертвовав свойством локальности (волновая функция фотонов, которые entangled, мгновенно коллапсирует в момент измерения поляризации второго фотона вне зависимости от расстояния между фотонами).
и теперь самое интересное - delayed choice quantum erasure. второй фотон перед проходом через фильтр можно пропустить через полупрозрачный сплиттер, который половину фотонов случайным образом будет посылать в одну сторону, через поляризатор на детектор №1, а вторую - без поляризатора на детектор №2.
если вы свыклись, или просто смирились с результатом предыдущего эксперимента, то, наверно, сможете предсказать результат этого. подмножество фотонов, "братья" которых попали на детектор №2, образовали интерференционную картину, а фотоны, "братья" которых попали на детектор №1, не образовали. ну и что ж тут такого, типа.
mind-boggling part здесь в том, что сплиттер можно поставить далеко. а результат эксперимента всё равно такой же. то есть получается, что первый фотон попал на экран и образовал (или не образовал) интерференционную картину до того, как его брат прошёл через сплиттер. hence: delayed choice. выбор, участвовать ли в интерференционной картине, принимается после того, как первый фотон уже зарегистрирован в какой-то совершенно определённой точке на экране. иными словами - выбор, проходить ли фотону через одну, или через обе щели, принимается после того, как фотон уже прошёл через одну или обе щели.
копенгагенское объяснение, разумеется, состоит в том, что регистрация первого фотона экраном коллапсирует волновую функцию и приводит к тому, что сплиттер направляет второй фотон по совершенно определённому пути - например, туда, где стоит фильтр. такое мгновенное "управление" сплиттером на расстоянии как-то совсем нефизично. ничем не лучше, чем принять возможность сигналов "из будущего" от второго фотона к первому, что тоже, в общем, воспринимается примерно как вечный двигатель.
такое впечатление, что природа is fucking with scientists. думаю, что новая интерпретация не за горами. эксперимент этот про delayed choice, кстати, относительно новый - 1999 год.
ссылки приветствуются, копирование в интернете - только с линком на оригинал (сюда). если кто из традиционных изданий захочет напечатать - обращайтесь за копирайтом.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
(no subject)
Date: 2007-11-29 06:34 am (UTC)Отсюда и взгляд на существо твоего вопроса: тут нет предмета для обсуждения, пока нет экспериментально проверямого расхождения с предсказаниями кв. механики.
Собственно, и Wikipedia, на которую ты ссылаешься, тут согласна:
http://en.wikipedia.org/wiki/Interpretation_of_quantum_mechanics
===
But it is also true that most physicists consider non-instrumental questions (in particular ontological questions) to be irrelevant to physics.
===
То, чего ты тут не видишь -- это тот факт, что физики рассматривают эти веще to be irrelevant не потому, что они недостаточно умные, а потому, что ВСЯ физика (включая ньютонову механику) устроена ровно также. А в при квантовании полей все становится еще хуже.
(no subject)
Date: 2007-12-08 10:47 am (UTC)повторюсь ещё раз, больше не буду. "non-instrumental" состояние интерпретаций - относительное, до тех пор, пока оно вдруг не станет instrumental. как это было с теорией мирового эфира в своё время, с теорией скрытых параметров совсем недавно, и вообще. и ВСЯ ФИЗИКА устроена точно так же. а сейчас уж тем более. никакой осмысленный эксперимент поставить вообще нельзя, не имея аппарата интерпретации его результатов.
я не знаю, откуда у тебя такое странное заблуждение взялось; видимо от "профессионализма"; оно совершенно противоречит тому, что происходит в теоретической физике сейчас. все эти струнные теории - тоже не предлагают никакого экспериментально проверяемого расхождения между собой. однако сколько их уже сменилось?