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 06:51 am (UTC)"Работа в области квантовой физики", конечно, ведется. Только не в области рассматривания рассеяния электронов на паре щелей :) Нет, конечно, всегда есть кто-то, кто готов поиграть в проверку старых споров, но, насколько я могу видеть, все находится там же, где 80 лет назад. Если есть что-то по сущетву, я готов выслушать.
Квантовая механика же, похоже, имеет неудачное положение в том смысле, что с одной стороны она уже выглядит очень загадочно для lay people, а с другой еще почти-почти доступна с минимальной математической подготовкой (не доступна, на самом деле). Вот к квантовой электродинамике уже, к счастью, никто не пристает :)
На самом деле, best kept secret тут это то, что и обычная ньютонова механика это такая же ловкость рук и жульничество. Но там же не интересно -- нужно математику учить, книжку читать и никаких тебе mind blowing experiments...