Двухщелевой эксперимент и квантовая запутанность

[folor]

В частности, любопытно заострить внимание на следующей интересной закономерности. Так как фермионы являются индивидуалистами, они выполняют роль "строительных кирпичей" нашего мироздания. А из-за того, что бозоны такие коллективисты, они выполняют роль "строительного раствора", удерживающего эти "кирпичи"  в связке

Более чем увлекательно, уважаемый Валерий...
А какая роль при этом топ-кварков, не говоря уже о квантованном Хиггсе?
Впрочем, позвольте Вас и умницу Пипу поблагодарить за замечательную дискуссию...

[Vitaliy]

Ну хорошо, уважаемые коллеги, ... Детектор фотона вносит непоправимое искажение в его траекторию, и не очень удивительно, что ИП при этом пропадает.

1. Но давайте возьмемся за наиболее тяжелые частицы, на которых ИП все-таки удалось получить, например, молекулы фуллерена. Далее, нам же не нужно измерять скорость, импульс, - достаточно просто зафиксировать факт пролета в направлении той или другой щели - поэтому степень воздействия подобного детектора можно, наверняка, сделать очень малой: мы же не будем капризничать по поводу того, что качество ИП будет ну... несколько хуже, чем при работе без детекторов? Делались ли подобные эксперименты, и что было получено в результате?

2. Меня всегда смущало, почему все детектировщики ставят детекторы только рядом с одной траекторией? Логически, да - если частица пролетела, но не была зафиксирована детектором, заключить, что она пролетела по альтернативной траектории. Но ведь этим вносится кошмарный дисбаланс в симметрию экспериментальной установки. Тут просто из этих соображений надо было бы ставить одинаковые устройства в обоих плечах. Почему так не делали? Мне не попадалось на глаза...

3. Во всех талмудах подчеркивается, что ИП разрушает именно знание о траектории пролета... более того, даже не само знание, а потенциальная возможность получения подобного знания. пусть эксперимент с двумя щелями выполняется не над одной частицей, а над их запутанной парой - и коллега одной из частиц полетел в другую сторону... Так вот, говорят, что уже этого достаточно, чтобы сбить ИП, ибо мы можем отловить этих коллег и по тому, какой детектор сработает - понять, куда на основной установке полетела ее парная подруга... Далее, применяют разные хитрости: типа перекрытия траекторий парных частиц - при этом сохраняется невозможность определения траектории главных частиц и ИП якобы возникает... Но вопрос, оказывается, еще более заковырист. Эксперимент ведут так, что изначально между контрольными частицами и двумя их детекторами ставят экран. А вот когда основная частица уже пролетела щель (или щели ), но не долетела до мишени - экран убирают - появляется возможность установить траекторию основной частицы - и одно это уже нарушает ИП. Как это?

4. А не пробовали ли поиграть с оборудованием? Предположим, ставим мы рядом с щелями не детекторы, а муляжи - просто фиговинки, похожие на детекторы... Исчезнет ли ИП? Затем ставим настоящие детекторы, но не подключаем их к измерительному оборудованию - как в этом случае?

[folor]

Предположим, ставим мы рядом с щелями не детекторы, а муляжи - просто фиговинки, похожие на детекторы...

Уважаемый Виталий, Вы прямо повторяете идею знаменитого Рауля Нахмансона...
http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL132004/p3101.html

[valeriy]

Но давайте возьмемся за наиболее тяжелые частицы, на которых ИП все-таки удалось получить, например, молекулы фуллерена. Далее, нам же не нужно измерять скорость, импульс, - достаточно просто зафиксировать факт пролета в направлении той или другой щели - поэтому степень воздействия подобного детектора можно, наверняка, сделать очень малой

Представь себе тяжелые частицы, пролетающие через щелевую решетку. Можно подсветить все это светом, заведомо очень легкими частицами, и по отражению их от тяжелых частиц далее оценить, где и в каком месть произошло отражение. А поскольку частицы света легкие, то можно полагать, что переданный импульс тяжелым частицам будет сколь угодно мал, а следовательно им можно пренебречь. Казалось бы все тип-топ. Но, к сожалению, здесь не все так просто. Для пролетающих дробинок, свет быть может и ничего не значит. И можно просто светить фонариком и далее отслеживать отраженный от дробинок свет. Но в случае молекул фуллерена, кванты света уже представляются как удары тяжелым молотком, вышибающим пролетающие молекулы в непонятных направлениях. Причем самое неприятное, что здесь важен факт взаимодействия пролетающих с заданной скоростью молекул с квантами света, которые передавали импульс молекуле в инфракрасном (тепловом)  диапазоне.

Представь слепо глухонемой, одержимый тягой к познанию, пытается лично поставить эксперимент с теннисными мячами, пролетающими через щели в стене, а затем ударяющиеся в стену, расположенной по ту сторону щелей. Единственно, как он связан с миром - это через тактильное восприятие. Если он рукой ощутил мяч, пролетающий через одну из щелей, он невольно изменил последующую его траекторию, и судьба мяча, пролетающего через эту щель, будет необратимо изменена. Если же он не вмешивается в эксперимент на стадии пролета мячей через щели, то по окончании эксперимента он может затем шаг за шагом прощупать стену, о которую ударялись мячи после пролета щелей, и восстановить паттерн по следам, оставляемых ударяющимися мячами.

[folor]

Если же он не вмешивается в эксперимент на стадии пролета мячей через щели, то по окончании эксперимента он может затем шаг за шагом прощупать стену, о которую ударялись мячи после пролета щелей, и восстановить паттерн по следам, оставляемых ударяющимися мячами.

Уважаемый Валерий, а представьте себе, что ладонь у вашего экспериментатора, сопоставима размером со стенкой и он фиксирует удары мячей непосредственно...
Так же и с Бройлевой азбукой ударных лунок, что непосредственно ловить мячи, что через их взаимодействие со стенкой, принципиальной разницы вроде бы и нет...

[Станислав]

а представьте себе, что ладонь у вашего экспериментатора, сопоставима размером со стенкой и он фиксирует удары мячей непосредственно...

так о чем тогда будет обоснованно говорить ваш экспериментатор - о мячах или об ударах в ладонь?

[valeriy]

Уважаемый Валерий, а представьте себе, что ладонь у вашего экспериментатора, сопоставима размером со стенкой и он фиксирует удары мячей непосредственно...

Я не думаю, что это следует представлять. Размер ладони этого экспериментатора уместнее сопоставить с размером атома серебра, засветка которого дает черное пятнышко на фотопластинке.

[Anton]

Прокомментируйте, пожалуйста, этот эксперимент:  http://lenta.ru/news/2011/06/03/certanity/

В частности это выражение: 

Авторы отмечают, что их работа не нарушает фундаментального положения квантовой механики, однако указывает на возможность пересмотра теории о трактовке влияния квантовых измерений

Что конкретно имеется в виду под пересмотром?

[Pipa]

   valeriy, никак не пойму, каким образом может быть получен когерентный поток нейтронов, пригодных для многощелевого эксперимента. Деление урана вроде бы дает лишь 2 нейтрона на ядро, которые можно считать когерентными, но этого слишком мало. Цепная же реакция в куске урана или плутония строго когерентного потока не даст, т.к. рождение тех нейтронов будет связано с делением разных атомных ядер, которые делятся не одновременно, а по очереди. Как-то искусственно разогнать нейтроны, чтобы потом их "отсортировать", тоже непонятно как, т.к. из-за своей нейтральности нейтронами сложно управлять.
   Заодно прошу просветить меня относительно источников когерентных электронов. Понимаю, что в этот случай много проще, но все-таки хотелось бы узнать, какого типа источники для этого используются.

[Станислав]

valeriy следует задать куда более простые вопросы:
1. Разве те самые "свет, заведомо очень легкие частицы" или поток нейтронов не интерферируют на тех же щелях?
2. Как вы заставите пролезть через щель "очень легкий", значит - очень длинноволновый, свет?
Он ее попросту "не заметит".
И это касается не только света.
То есть, "идея" изначально ущербна, мягко говоря.
Я советовал бы valeriy поразмышлять над фактом, что интерферируют даже одиночные квантовые объекты, например - одиночный фотон. При этом регистрация на экране - отнюдь не размытые интерференционные полосы, а именно отдельные точки.
Пусть примет во внимание не свои домыслы, а экспериментальные факты.

[Pipa]

Я советовал бы valeriy поразмышлять над фактом, что интерферируют даже одиночные квантовые объекты, например - одиночный фотон. При этом регистрация на экране - отнюдь не размытые интерференционные полосы, а именно отдельные точки.

   Так вот уж на 97 страницах об этом размышляем .
   Что же касается одиночных квантовых объектов, то интерферируют они ровно по той же причине, что групповые объекты, т.е. исключительно благодаря своей когерентности, а вовсе не потому, что взаимодействуют друг с другом а защелевом пространстве. Интерференция возникает в силу сложения амплитуд, а потому для когерентного потока нет разницы, по одиночке пролетают те электроны или кучей.
   Отличие же квантового объекта от классического состоит в том, что в каждый момент времени у него есть еще и такой параметр, как фаза. В данном случае фаза пси-функции. И если поток когерентный, то все объекты ведут себя, как один, подчиняясь одной и той же пси-функции, а стало быть, порождая в пространстве замысловатое распределение вероятностей. При соблюдении условия когерентности, объекты как бы проявляют ту картинку, составляя ее портрет своими судьбами.
   Для вас, Станислав, в том нет необходимости, но для остальных участников форума я приведу отдаленную аналогию. Имеется некое автопредприятие, из которого по разным маршрутам выезжают фуры с грузом . Выезжают они всегда со "свежим", т.е. отдохнувшим водителем, который ведет ту фуру 6 часов подряд, а после чего отдает штурвал в руки только что проснувшегося сменщика, а сам на следующие 6 часов засыпает. Теперь предположим, что аварийность (попадание тех фур в ДТП) сильно зависит от усталости водителя. Скажем так, что случаются они только на последнем 6-ом часу, вследствие усталости водителя. Если набрать большую статистику аварий, в которые попадали фуры этого предприятия, то увидим круговые волны с периодом в 6 часов и центром на том автопредприятии. Но это лишь в том случае, если фуры едут от него по прямым радиальным трассам. Но если же на пути окажутся щели, то волны вероятности аварий начнут между собой интерферировать. Например в том случае, если автопредприятие находится в городе, откуда есть только два выезда - северный и южный, тогда как пункты назначения находятся за пределами города и распределены равномерно. Возникнут "места невезения" в тех местах, до которых 6 часов езды как по северной дороге, так и по южной. При этом не будет разницы от того, выезжают ли фуры по одиночке или сразу группой, ибо плотность аварий зависит не от взаимодействия между фурами (предположим, что друг с другом они никогда не сталкиваются), а исключительно от времени пути до места аварии.

[valeriy]

Цепная же реакция в куске урана или плутония строго когерентного потока не даст, т.к. рождение тех нейтронов будет связано с делением разных атомных ядер, которые делятся не одновременно, а по очереди.

Ты совершенно права. Из жерла реактора прет совершенно не когерентный поток нейтронов (как говорят, белый пучок). Следовательно, задача для экспериментатора сводится к тому, чтобы из всего этого пучка отобрать те и только те нейтроны, которые имеют одинаковую длину волны и все они летят в строго одном направлении. Короче, задача - отобрать нейтроны с равными импульсами. Такие устройства, позволяющие отбирать нейтроны с одинаковыми параметрами, называются коллиматорами. Очевидно, на выходе такого устройства плотность потока будет исключительно малой. А следовательно, эксперименты с подобными коллимированными нейтронами будут требовать больших затрат времени для накопления удовлетворительной статистики.

[Станислав]

Что же касается одиночных квантовых объектов, то интерферируют они ровно по той же причине, что групповые объекты, т.е. исключительно благодаря своей когерентности

что такое когерентность одиночного объекта?
К сведению:
Когерентность (от латинского cohaerens — находящийся в связи), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении.
или
Когере́нтность (от лат. cohaerens — «находящийся в связи») — скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

[Pipa]

что такое когерентность одиночного объекта?

   У единичного объекта когерентности нет , но в той ситуации, когда мы по очереди пуляем по экрану отдельными электронами, можно говорить о наличии или отсутствии когерентности между параметрами всех этих запусков. Например, все однодневки (такое насекомое) могут оказаться коррелированными, если независимо от даты рождения, они рождаются утром в одном и том же месте и имеют одинаковый распорядок единственного дня жизни. Причем даже тогда, когда рождение одной происходит позже смерти ее предшественницы (т.е. в жизни они между собой никогда не встречаются).
   Волны вероятности имеют ту природу, когда такой жесткий распорядок жизни распространяется на пространство. Скажем, если бы улитки рождались у подножья горы Фудзи, и всю свою жизнь ползли на вершину той горы ( http://hiero.ru/2174408 ), то такой поток можно было бы назвать когерентным, благодаря чему на разной высоте над уровнем моря мы находили бы то обширные скопления каловых масс тех улиток, то остатков от линьки (улитки линяют?), то отложенных яиц, то кладбище трупов.
   Т.е. интеференция является лишь частным случаем устойчивого распределения, когда в заданной точке пространства "жизненная фаза" частицы зависит исключительно от пройденного ею пути (именно пути, а не достигнутой координаты!), но не зависит от ее идивидуальности. Т.е. если "вылупивщуюся" позднее частицу угораздит пройти тот же путь, то она повторит судьбу предшественницы во всех мелочах.
   В случае электронов и нейтронов (если я правильно понимаю слова valeriy) для обеспечения когерентности достаточно одинакового импульса и общего места излета.

[Станислав]

Ваше стремление сохранить хотя бы видимость классических представлений вполне понятно и объяснимо.
Совершенно с вами согласен, что классические представления имеют полное право на жизнь на некотором, я бы сказал - антропном, уровне детализации.
В том числе в предмете данной темы.
И в двущелевом эксперименте можно абстрагироваться от отдельных событий, перейти на волновой уровень детализации, где все будет тип-топ с точки зрения волновой теории, в том числе и вышеупомянутой вами когерентности.
Но это если "забыть" про экспериментальные факты "отдельности" элементарных (далее не делимых) физических событий, тем более про квантовую запутанность.
В таком случае давайте закроем квантовый портал, поскольку промыслить ситуацию квантовыми категориями мы не желаем.
Если же мы все-таки хотим хотя бы в некоторой мере соответствовать замыслу портала, давайте все же примем во внимание что нет ни волн в их классическом представлении, ни частиц в их классическом представлении, а есть квантовые системы. И эти квантовые системы имеют ряд фундаментальных особенностей, отличающих их от наших классических образов волн/частиц, перечислю только некоторые:
- квантовая система не существует "сама по себе", как таковая, вне зависимости от всего остального. Квантовая система лишь "являет" себя элементарным физическим событием.
- любое "явление" квантовой системы, любое элементарное физическое событие есть действие и в отличие от классики это действие отнюдь не произвольно.
- поэтому в отличие от классики в КМ есть принципиальная возможность полного описания квантовой системы через описание действия набором (не более 6) целых чисел.
- самым примечательным сюрпризом является то, что описание множеств "явлений" квантовой системы, то есть - множеств элементарных физических событий, которые мы по каким-то причинам связываем с одной квантовой системой, носит:
а) вероятностный характер
б) волновой характер.
Все это в общем-то общеизвестно практически всем, но напрочь игнорируется.
Потому, когда читаю нечто типа "электрон движется через 2 щели", понимаю - под маской знатока КМ прячется вульгарный классицизм.
Так проще, так легче. Так мы кажемся себе умнее бога.