Dobbelt slids oplevelse

Dobbeltspalteeksperiment i moderne fysiker en demonstration af, at lys og stof generelt kan udvise karakteristika for både klassiske bølger og partikler; derudover afspejler det den fundamentalt sandsynlige karakter af kvantemekaniske fænomener. Det første eksperiment blev udført af Thomas Young med lys i 1801. I 1927 demonstrerede Davisson og Germer , at elektroner udviser den samme adfærd, som senere blev udvidet til atomer og molekyler. [1] [2]

Thomas Youngs erfaring med lys [3] var en del af klassisk fysik længe før kvantemekanikken og begrebet bølge-partikel dualitet . Han mente, at dette viste rigtigheden af ​​lysbølgeteorien . Hans oplevelse bliver nogle gange omtalt som "Jungs hul".

Dette eksperiment tilhører den generelle klasse af "dobbeltvejs"-eksperimenter, hvor den indledende bølge er opdelt i to separate, som efterfølgende kombineres igen til én. Ændringer i vejlængden af ​​begge bølger resulterer i et faseskift , hvilket skaber et interferensmønster . En anden version af eksperimentet er Mach-Zehnder-interferometeret , som adskiller strålen ved hjælp af et spejl.

I den grundlæggende version af dette eksperiment oplyser en sammenhængende lyskilde såsom en laserstråle en plade med to parallelle spalter, og lyset, der passerer gennem spalterne, observeres på en skærm bag pladen. [4] [5] Lysets bølgenatur får lysbølgerne, der passerer gennem de to spalter, til at forstyrre , hvilket skaber lyse og mørke striber på skærmen, et resultat der ikke ville være tilfældet, hvis lys var sammensat af klassiske partikler. [4] [6] Det er dog altid konstateret, at lyset absorberes på skærmen på separate punkter, i form af individuelle partikler (ikke bølger), og interferensmønsteret opstår på grund af den skiftende tæthed af disse partikler, der rammer skærmen. [7] Derudover opdager versioner af eksperimentet, der inkluderer detektorer i spalter, at hver detekteret foton kun passerer gennem én spalte (som en klassisk partikel), og ikke gennem begge spalter (som en bølge). [8] [9] [10] [11] [12] Sådanne forsøg viser dog, at partikler ikke danner et interferensmønster, hvis man observerer, hvilken spalte de passerer igennem. Disse resultater demonstrerer princippet om bølge-partikel dualitet [13] [14] .

Andre objekter i atomare skala, såsom elektroner , har vist sig at udvise den samme adfærd, når de affyres ved en dobbelt spalte. [5] Derudover er observationen af ​​individuelle diskrete interaktioner i sagens natur sandsynlighed, hvilket er uforklarligt ved brug af klassisk mekanik . [5]

Forsøget kan udføres med meget større objekter end elektroner og fotoner, selvom det bliver mere komplekst, efterhånden som størrelsen øges. De største objekter, som dobbeltspalteeksperimentet blev udført for, var molekyler , som hver indeholdt 810 atomer (hvis den samlede masse var mere end 10.000 atommasseenheder ). [1] [2]

Dobbeltspalteeksperimentet (og dets variationer) er blevet et klassisk tankeeksperiment som et glimrende eksempel på kvantemekanikkens mysterier. Fordi det demonstrerer en grundlæggende begrænsning i observatørens evne til at forudsige eksperimentelle resultater, kaldte Richard Feynman det "et fænomen, der ikke kan forklares på nogen klassisk måde , og som er hjertet af kvantemekanikken. Faktisk indeholder den den eneste hemmelighed [om kvantemekanikken]" [5] .

Oversigt

Hvis lyset udelukkende bestod af almindelige eller klassiske partikler, og disse partikler blev udsendt i en lige linje gennem spalten, så de kunne komme ind på skærmen på den anden side, ville vi forvente at se et billede svarende til størrelsen og formen af slids. Men når dette "enkeltspalte-eksperiment" udføres i virkeligheden, er billedet på skærmen et diffraktionsmønster af lysfordeling. Jo mindre mellemrummet er, jo større er divergensvinklen. Den øverste del af billedet viser den centrale del af mønsteret dannet, da laseren oplyste spalten. To svage sidebånd kan også ses. Flere bånd kan ses med en mere nøjagtig indstilling. Billedet forklares ved diffraktion som følge af interferensen af ​​lysbølger fra spalten.

Hvis to parallelle spalter er oplyst, forstyrrer lyset fra de to spalter yderligere. Her er interferensen et mere udtalt mønster med skiftende lyse og mørke bånd. Bredden af ​​båndene afhænger af frekvensen af ​​det udsendte lys [15] . (Se billede nederst til højre.) Da Thomas Young (1773-1829) første gang demonstrerede dette fænomen, påpegede han, at lys består af bølger, da fordelingen af ​​lysstyrke kan forklares ved skiftevis additiv og subtraktiv bølgefrontinterferens [5] . Youngs eksperiment , udført i begyndelsen af ​​1800-tallet, spillede en afgørende rolle i accepten af ​​bølgeteorien om lys, og besejrede Isaac Newtons korpuskulære teori om lys , som var den accepterede model for lysets udbredelse i det 17. og 18. århundrede. Den senere opdagelse af den fotoelektriske effekt viste imidlertid, at lys under forskellige omstændigheder kan opføre sig, som om det var sammensat af diskrete partikler. Disse tilsyneladende modstridende opdagelser tvang os til at gå ud over klassisk fysik og tage højde for lysets kvantenatur .

Feynman var glad for at sige, at al kvantemekanik kan opnås ved at tænke nøje over implikationerne af dette enkelte eksperiment [16] . Han foreslog også (som et tankeeksperiment), at placering af detektorer foran hver spalte ville få interferensmønsteret til at forsvinde [17] .

Englert-Greenberger dualisme forholdetbeskriver detaljeret matematikken for dobbeltspalteinterferens i sammenhæng med kvantemekanik.

Lav-intensitet dobbeltspalte-eksperimentet blev først udført af J.I. Taylor i 1909 [18] ved at reducere niveauet af indfaldende lys, indtil fotonemission/absorptionsbegivenheder stort set overlappede. Dobbeltspalte-eksperimentet blev først udført med andet end lys i 1961, hvor Klaus Jonsson fra universitetet i Tübingen udførte det med elektronstråler [19] [20] . I 1974 gentog de italienske fysikere Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli og Giulio Pozzi eksperimentet ved at bruge enkelte elektroner og en biprisme (i stedet for spalter), hvilket viste, at hver elektron interagerer med sig selv, som forudsagt af kvanteteorien [21] [22] . I 2002 blev en-elektronversionen af ​​eksperimentet kåret som "det smukkeste eksperiment" af læsere af Physics World magazine . [23]

I 2012 endte Stefano Frabboni og hans kolleger med at lave et dobbeltspalteeksperiment med elektroner og reelle huller, efter det oprindelige skema foreslået af Feynman. De sendte enkelte elektroner til nanofabrikerede spalter (ca. 100 nm brede) og var ved at opsamle de transmitterede elektroner med en enkeltelektrondetektor i stand til at vise akkumuleringen af ​​et interferensmønster med to spalter [24] .

I 2019 demonstrerede Marco Giammarchi og kolleger interferensen af ​​individuelle partikler for antistof [25] .

Oplevelsesmuligheder

Interferens af individuelle partikler

En vigtig version af dette eksperiment involverer enkelte partikler (eller bølger - for konsistens, kaldes de partikler her). Emissionen af ​​enkelte partikler gennem en enhed med to spalter fører til det forventede udseende af enkeltpartikler på skærmen. Det er dog bemærkelsesværdigt, at der opstår et interferensmønster, hvis disse partikler akkumuleres (se ved siden af ​​billedet). Dette demonstrerer bølge-partikel dualitet , som siger, at alt stof udviser egenskaberne af både bølger og partikler: en partikel måles som et momentum i én position, og en bølge beskriver sandsynligheden for at absorbere en partikel på et bestemt sted på en skærm. [26] Dette fænomen har vist sig at forekomme med fotoner, elektroner, atomer og endda nogle molekyler, inklusive buckyball . [27] [28] [29] [30] [31] Således føjer eksperimenter med elektroner understøttende beviser til den opfattelse, at elektroner, protoner, neutroner og endnu større objekter, der almindeligvis omtales som partikler, ikke desto mindre har deres egen bølge natur og endda deres bølgelængde (associeret med deres momentum).

Sandsynligheden for detektion er kvadratet af bølgeamplituden og kan beregnes ved hjælp af klassiske bølger (se nedenfor). Partikler rammer ikke skærmen i en bestemt rækkefølge, så at vide, hvor alle de tidligere partikler dukkede op på skærmen og i hvilken rækkefølge, siger ikke noget om, hvor den næste partikel skal findes. [32] Hvis bølgerne på et tidspunkt dæmpes, betyder det ikke, at partiklen forsvinder; det vil dukke op et andet sted. Siden fremkomsten af ​​kvantemekanikken har nogle teoretikere ledt efter måder at inkludere yderligere determinanter eller " skjulte variabler ", velvidende hvilke det ville være muligt at bestemme placeringen af ​​hvert enkelt hit på målet. [33]

Mere komplekse systemer, som omfatter to eller flere partikler i superposition, egner sig ikke til ovenstående forklaring. [34]

Mach-Zehnder interferometer

Mach-Zehnder-interferometeret kan ses som en forenklet version af dobbeltspalte-eksperimentet. I stedet for at forplante sig gennem det frie rum efter to spalter og ramme et hvilket som helst punkt på en bred skærm, i et interferometer, kan fotoner kun forplante sig langs to stier og ramme to diskrete fotodetektorer. Dette gør det muligt at beskrive processen ved hjælp af en simpel lineær algebra af dimension 2 i stedet for differentialligninger.

Den foton, som laseren udsender, rammer den første stråledeler og befinder sig derefter i en superposition mellem to mulige baner. I den anden stråledeler interfererer disse baner, som et resultat af, at fotonen rammer fotodetektoren til højre med sandsynlighed et og fotodetektoren nedenunder med sandsynlighed nul. Det er interessant, at hvis fotonen kun er på en af ​​stierne mellem strålesplitterne, kan dette opnås ved at blokere en af ​​stierne, eller hvad der er det samme, ved at observere tilstedeværelsen af ​​en foton der, så i begge tilfælde interferensen forsvinder, og begge fotodetektorer vil udløses med sandsynlighed 1/2. Ud fra denne kendsgerning kan vi konkludere, at fotonen ikke følger en af ​​stierne efter den første stråledeler, men snarere er i en ægte kvantesuperposition af de to baner. [35]

Stifindende eksperimenter og princippet om komplementaritet

Et berømt tankeeksperiment forudsiger, at hvis partikeldetektorer placeres på spalterne, hvilket indikerer, hvilken spalte fotonen passerer igennem, vil interferensmønsteret forsvinde [5] . Dette stifindende eksperiment illustrerer princippet om komplementaritet , ifølge hvilket fotoner kan opføre sig som partikler eller bølger, men ikke kan observeres i begge på samme tid. [36] [37] [38] På trods af vigtigheden af ​​dette tankeeksperiment i kvantemekanikkens historie (se for eksempel diskussion af Einsteins version af dette eksperiment ), fandtes teknisk gennemførlige realiseringer af dette eksperiment først i 1970'erne. [39] (Naive implementeringer af lærebogens tankeeksperiment er ikke mulige, fordi fotoner ikke kan detekteres uden fotonabsorption.) Adskillige eksperimenter er nu blevet udført, der illustrerer forskellige aspekter af komplementaritet. [40]

Et eksperiment udført i 1987 [41] [42] gav resultater, der viste, at det var muligt at få information om, hvilken vej en partikel havde tilbagelagt uden overhovedet at ødelægge interferensen. Dette viste en måleeffekt, der havde ringe effekt på de flyvende partikler og dermed havde en sammenlignelig effekt på interferensmønsteret. Med andre ord, hvis man ikke insisterer på en fuldstændig pålidelig metode, der bruges til at bestemme den spalte, som hver foton passerer igennem, observerer man stadig et (forringet) interferensmønster. [43]

Valgmuligheder for forsinket valg og kvanteslæder

Wheeler's Delayed Choice Experimenterdemonstrere, at udtrækning af vejinformation efter partiklen har passeret gennem spalterne kan synes at ændre den tidligere adfærd ved spalterne med tilbagevirkende kraft.

Kvanteviskereksperimentet viser, at bølgeadfærd kan genoprettes ved at slette vejinformation.

En simpel "hjemmelavet" illustration af et "kvanteviskelæder" blev givet i en artikel i Scientific American . [44] Hvis du installerer polarisatorer foran hver spalte, så deres akser er ortogonale i forhold til hinanden, vil interferensmønsteret forsvinde. Polarisatorer kan opfattes som at tilføje vejinformation til hver stråle. Indførelsen af ​​en tredje polarisator foran detektoren med en akse på 45° i forhold til andre polarisatorer "sletter" denne information og genopretter interferensmønsteret. Dette kan også forklares ved at betragte lys som en klassisk bølge [44] :91 og også ved at bruge cirkulære polarisatorer og enkelte fotoner. [45] :6 Realiseringer af polarisatorer ved hjælp af sammenfiltrede fotonpar har ingen klassisk forklaring [45] .

Svag dimension

I et meget publiceret eksperiment fra 2012 hævdede forskerne at have bestemt den vej, hver partikel tog uden nogen negativ effekt på interferensmønsteret. [46] For at gøre dette brugte de et setup, hvor partiklerne ikke blev udsendt fra en punktkilde, men fra en kilde med to intensitetsmaksima. Men kommentatorer som Svensson [47] har påpeget, at der faktisk ikke er nogen konflikt mellem de svage målinger , der er foretaget i denne version af dobbeltspalte-eksperimentet og Heisenbergs usikkerhedsprincip . Svag måling efterfulgt af udvælgelse tillod ikke, at hver enkelt partikels position og momentum blev målt samtidigt, men tillod snarere, at den gennemsnitlige bane for partikler, der ramte forskellige positioner, blev målt. Med andre ord lavede forsøgslederne et statistisk landskabskort over den fulde bane. [47]

Andre muligheder

I 1967 demonstrerede Pflegor og Mandel to-kilde interferens ved hjælp af to separate lasere som lyskilder. [48] ​​[49]

I 1972 blev det eksperimentelt vist, at i et dobbeltspaltesystem, hvor kun en spalte var åben, blev der alligevel observeret interferens, forudsat at stierne var forskellige, hvilket tillod den detekterede foton at komme fra en hvilken som helst spalte. [50] [51] Tætheden af ​​fotoner i det eksperimentelle system var meget mindre end enhed.

I 1999 blev et forsøg med dobbelt spalte udført med succes med buckyball-molekyler (hver indeholdende 60 carbonatomer) [28] [52] . Buckyballen er stor nok (ca. 0,7 nm i diameter , næsten en halv million gange større end en proton) til at tillade den at blive observeret under et elektronmikroskop .

I 2005 præsenterede E. R. Eliel en eksperimentel og teoretisk undersøgelse af den optiske transmission af en tynd metalskærm, med to spalter mindre end en bølgelængde adskilt af en afstand mange gange bølgelængden. Det er vist, at den samlede intensitet af det dobbelte spaltemønster i det fjerne felt falder eller stiger som en funktion af bølgelængden af ​​den indfaldende lysstråle. [53]

I 2012 udførte forskere ved University of Nebraska-Lincoln det dobbeltspaltede elektroneksperiment som beskrevet af Richard Feynman , ved hjælp af nye værktøjer, der tillod kontrol af passagen af ​​to spalter og sporing af enkeltelektrondetekteringshændelser. Elektronerne blev affyret af en elektronkanon og passeret gennem en eller to spalter 62 nm brede og 4 µm høje. [54]

I 2013 blev et dobbeltspaltet eksperiment udført med succes med molekyler indeholdende 810 atomer hver (hvis samlede masse oversteg 10.000 atommasseenheder ). [1] [2]

Hydrodynamiske analoger af pilotbølgen

Hydrodynamiske analoger er blevet udviklet, som kan genskabe forskellige aspekter af kvantemekaniske systemer, herunder enkeltpartikelinterferens gennem dobbeltspalten. [55] En dråbe silikoneolie, der hopper langs væskens overflade, bevæger sig uafhængigt gennem resonansinteraktioner med sit eget bølgefelt. Dråben sprøjter forsigtigt væske med hvert hop. Samtidig påvirker krusninger fra tidligere afvisninger dens forløb. Dråbens vekselvirkning med dens egne krusninger, som danner en såkaldt pilotbølge , får dråben til at udvise adfærd, der tidligere blev anset for at være karakteristisk for elementarpartikler - herunder adfærd, der almindeligvis tages som bevis på, at elementarpartikler forplanter sig gennem rummet. som bølger, uden nogen specifik placering før måling. [56] [57]

Opførslen simuleret af et sådant hydrodynamisk pilotbølgesystem inkluderer kvante enkeltpartikeldiffraktion, [58] tunneling, kvantiserede baner, orbital niveauopdeling, spin og multimodal statistik. Det er også muligt at udlede usikkerhedsrelationen og udelukkelsesprincipperne. Videoer er tilgængelige, der illustrerer de forskellige egenskaber ved et sådant system. (Se Eksterne links.)

Mere komplekse systemer, der involverer overlejring af to eller flere partikler, trodser imidlertid en så enkel, klassisk intuitiv forklaring. [34] Følgelig er der ingen hydrodynamisk analog til kvantesammenfiltring. [55] Imidlertid er optiske analoger mulige. [59]

Klassisk bølgeoptik

Meget af lysets opførsel kan modelleres ved hjælp af klassisk bølgeteori. Huygens-Fresnel-princippet er en sådan model; den siger, at hvert punkt på bølgefronten genererer en sekundær bølge, og at forstyrrelsen på ethvert efterfølgende punkt kan findes ved at summere bidragene fra de individuelle bølger på det punkt. Denne summering skal tage højde for de enkelte bølgers fase og amplitude . Kun intensiteten af ​​lysfeltet, som er proportional med kvadratet af amplituden, kan måles.

I et dobbeltspalteforsøg belyses begge spalter af en enkelt laserstråle. Hvis bredden af ​​spalterne er tilstrækkelig lille (mindre end laserbølgelængden), spreder spalterne lys i cylindriske bølger. Disse to cylindriske bølgefronter er overlejret på hinanden, og amplituden og derfor intensiteten på et hvilket som helst punkt af de kombinerede bølgefronter afhænger af både størrelsen og fasen af ​​de to bølgefronter. Forskellen i fase mellem to bølger bestemmes af forskellen i afstanden tilbagelagt af disse bølger.

Hvis observationsafstanden er stor sammenlignet med spalteafstanden ( fjernfelt), kan faseforskellen findes ved hjælp af geometrien vist i nederste højre figur. Vejforskellen mellem to bølger, der bevæger sig i en vinkel θ , er defineret som:

Hvor d er afstanden mellem to spalter. Når de to bølger er i fase, dvs. vejforskellen er lig med et helt antal bølgelængder, er den samlede amplitude og derfor den samlede intensitet maksimal, og når de er i modfase, dvs. vejforskellen er lig med en halv bølgelængde, halvanden bølgelængde osv. ., så trækkes bølgerne fra, og den samlede intensitet er nul. Denne effekt er kendt som interferens . Maksima for interferenskanterne vises i vinkler

hvor λ er lysets bølgelængde . Vinkelafstanden mellem striberne, θ f er angivet som

Afstanden mellem frynserne i en afstand z fra slidserne er defineret som

For eksempel, hvis to spalter er adskilt med 0,5 mm (d) og belyst af en laser med en bølgelængde på 0,6 µm (λ), så vil afstanden mellem frynserne være 1,2 mm i en afstand på 1 m (z).

Hvis spaltebredden b er større end bølgelængden, giver Fraunhofers diffraktionsligning intensiteten af ​​det diffrakterede lys som: [60]

Hvor sinc- funktionen er defineret som sinc( x ) = sin( x )/ x for x ≠ 0 og sinc(0) = 1.

Dette er vist i figuren ovenfor, hvor det første mønster er diffraktionsmønsteret fra en enkelt spalte givet af sinc-funktionen i denne ligning, og den anden figur viser den samlede intensitet af lyset, der diffrakteres fra de to spalter, hvor cos-funktionen danner den fine struktur og den grovere struktur danner diffraktionen fra individuelle spalter i henhold til sinc-funktionen.

Lignende beregninger for nærfeltetkan udføres ved hjælp af Fresnel-diffraktionsligningen . Efterhånden som observationsplanet kommer tættere på spalternes plan, falder diffraktionsmønstrene forbundet med hver spalte i størrelse, så interferensområdet falder og kan forsvinde helt, hvis der ikke er nogen overlapning mellem de to diffraktionsmønstre. [61]

Fortolkninger af eksperimentet

Ligesom Schrödingers kat - tankeeksperimentet bruges dobbeltspalte-eksperimentet ofte til at demonstrere forskelle og ligheder mellem forskellige fortolkninger af kvantemekanik .

København fortolkning

Copenhagen Interpretation , fremført af nogle pionerer inden for kvantemekanik, fastslår, at det er uønsket at postulere noget ud over de matematiske formler, fysiske apparater og resultater, der tillader os at få en vis viden om, hvad der sker på atomniveau. En matematisk konstruktion, der gør det muligt for forsøgsledere at forudsige visse eksperimentelle resultater meget præcist, kaldes nogle gange en "sandsynlighedsbølge". I sin matematiske form ligner den beskrivelsen af ​​en fysisk bølge, men dens "bølger" og "toppe" angiver sandsynlighedsniveauet for visse fænomener (for eksempel et lysglimt på et bestemt punkt på en detektorskærm) som kan observeres i hverdagsoplevelsens makrokosmos.

Vi kan sige, at en "bølge" af sandsynlighed rejser gennem rummet, fordi de sandsynlighedsværdier, der kan beregnes ud fra dens matematiske repræsentation, afhænger af tid. Det er umuligt at tale om placeringen af ​​enhver partikel, såsom en foton, mellem emissionsmomenterne og detektion, simpelthen fordi for at hævde, at et objekt er på et bestemt sted på et bestemt tidspunkt, skal det detekteres (detekteret ). Kravet for eventuel forekomst af et interferensmønster er, at der skal være udsendte partikler og en skærm med mindst to forskellige veje, som partiklen skal tage fra emitter til skærm. I eksperimenter er der ingen observation i tidsintervallet mellem emissionen af ​​en partikel, og den rammer skærmen. Hvis strålesporing udføres, som om lysbølgen (som forstået i klassisk fysik) er bred nok til at bevæge sig begge veje, så vil denne strålesporing nøjagtigt forudsige udseendet af maksima og minima på detektorskærmen, når mange partikler passerer gennem apparatet og gradvist "farve" det forventede interferensbillede.

Formulering i form af sti-integraler

Den københavnske fortolkning er analog med Feynmans formulering af kvantemekanikken i form af stiintegraler. Stiintegralformlen erstatter den klassiske forestilling om en enkelt unik bane for et system med summen over alle mulige baner. Baner lægges sammen ved hjælp af et funktionelt integral .

Hver vej anses for at være lige sandsynlig og bidrager derfor med det samme. Fasen af ​​dette bidrag på ethvert givet punkt på stien bestemmes dog af handlingen på stien:

Alle disse bidrag lægges derefter sammen, og størrelsen af ​​det endelige resultat kvadreres for at give sandsynlighedsfordelingen for partiklens position:

Som altid ved beregning af sandsynlighed skal resultaterne normaliseresved at anvende:

Sammenfattende kan vi sige, at fordelingen af ​​udfaldssandsynligheder er det normaliserede kvadrat af superpositionsnormen over alle veje fra oprindelsespunktet til slutpunktet for de bølger, der udbreder sig proportional med handlingen langs hver vej. Forskelle i den kumulative handling langs de forskellige veje (og dermed de relative faser af bidragene) skaber det interferensmønster, der ses i dobbeltspalteeksperimentet. Feynman understregede, at hans formulering blot er en matematisk beskrivelse og ikke et forsøg på at beskrive en reel målbar proces.

Relationel fortolkning

Ifølge den relationelle fortolkning af kvantemekanikken , først foreslået af Carlo Rovelli , [62] er observationer som dem i et dobbeltspalteeksperiment resultatet af observatørens interaktion(måleanordning) og det observerede objekt (som er fysisk interageret med), og ikke en bestemt egenskab ved objektet. I tilfælde af en elektron, hvis den oprindeligt "observeres" ved et bestemt mellemrum, så inkluderer observatør-partikel (foton-elektron) interaktion information om elektronens position. Dette begrænser delvist den endelige placering af partiklen på skærmen. Hvis det er "observeret" (målt ved hjælp af en foton) ikke på en bestemt spalte, men på skærmen, så er informationen om stien ikke en del af interaktionen, så elektronens "observerede" position på skærmen bestemmes strengt efter dens sandsynlighedsfunktion. Dette gør det resulterende billede på skærmen det samme, som hvis hver enkelt elektron havde passeret gennem begge spalter. Det er også blevet foreslået, at rum og afstand i sig selv er relationelle, og at en elektron kan være "to steder på samme tid" - for eksempel på begge spalter - fordi dens rumlige forhold til specifikke punkter på skærmen forbliver identisk fra placeringer af slidserne [63] .

Mange verdener fortolkning

Fysiker David Deutsch hævder i sin bog The Structure of Reality , at dobbeltspalteeksperimentet er bevis for mange-verdenernes fortolkning . Men da enhver fortolkning af kvantemekanik empirisk ikke kan skelnes, er nogle videnskabsmænd skeptiske over for denne påstand.

De Broglie-Bohm teorien

Et alternativ til den konventionelle forståelse af kvantemekanik, siger de Broglie-Bohm teorien , at partikler altid har en præcis placering, og at deres hastigheder afhænger af bølgefunktionen. Således, mens en individuel partikel vil passere gennem en bestemt spalte i en to-spalte-test, vil den såkaldte "pilotbølge", der påvirker den, passere gennem begge. De Broglie-Bohms dobbeltspaltebaner blev først beregnet af Chris Dewdney, mens han arbejdede med Chris Philippidis og Basil Healey på Birkbeck College, London. [64] De Broglie-Bohm teorien giver de samme statistiske resultater som standard kvantemekanik, men undgår mange af dens begrebsmæssige vanskeligheder. [65]

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 " Fysikere smasher rekord for bølge-partikeldualitet arkiveret 25. marts 2014 på Wayback Machine "
  2. ↑ 1 2 3 Sandra; Eibenberger et al. Stofbølgeinterferens med partikler udvalgt fra et molekylært bibliotek med masser på over 10000 amu  // Fysisk  kemi Kemisk Fysik : journal. - 2013. - Bd. 15 , nr. 35 . - P. 14696-14700 . - doi : 10.1039/C3CP51500A . - . - arXiv : 1310.8343 . — PMID 23900710 .
  3. ↑ Selvom der ikke er nogen tvivl om, at Youngs demonstration af optisk interferens ved hjælp af sollys, nålehuller og kort spillede en afgørende rolle i accepten af ​​bølgeteorien om lys, er der et spørgsmål om, hvorvidt han nogensinde faktisk udførte en dobbeltspaltet interferens eksperiment.
  4. ↑ 1 2 Lederman, Leon M.; Christopher T. Hill. Kvantefysik for digtere  (neopr.) . USA: Prometheus-bøger, 2011. - S. 102-111. — ISBN 978-1616142810 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 Feynman, Richard P.; Robert B. Leighton; Matthew Sands. The Feynman Lectures on Physics, Vol. 3  (neopr.) . - Addison-Wesley , 1965. - S. 1.1-1.8. — ISBN 978-0201021189 .
  6. ↑ Feynman, 1965, s. 1.5
  7. ↑ Skat. Bølge-partikeldualitet . Internet Encyclopedia of Science . David Darlings verdener. Hentet 18. oktober 2008. Arkiveret fra originalen 24. juni 2016.
  8. ↑ Feynman, 1965, s. 1.7
  9. ↑ Leon Lederman; Christopher T. Hill. Kvantefysik for digtere  (neopr.) . - Prometheus Books, Publishers, 2011. - S. 109. - ISBN 978-1-61614-281-0 .
  10. ↑ " ...hvis i et dobbeltspalteeksperiment placeres detektorerne, der registrerer udgående fotoner umiddelbart bag membranen med to spalter: En foton registreres i én detektor, ikke i begge... " Müller-Kirsten, HJW Introduktion til kvantemekanik: Schrödinger-ligning og  stiintegral . - USA: World Scientific , 2006. - S. 14. - ISBN 978-981-2566911 .
  11. ↑ Plotnitsky, Arkady. Niels Bohr og komplementaritet: en introduktion  . USA: Springer, 2012. - S. 75-76. — ISBN 978-1461445173 .
  12. ↑ " Det ser ud til, at lys passerer gennem den ene spalte eller den anden i form af fotoner, hvis vi opretter et eksperiment for at opdage, hvilken spalte fotonen passerer, men passerer gennem begge spalter i form af en bølge, hvis vi udfører et interferenseksperiment. » Rae, Alastair IM Kvantefysik: Illusion eller virkelighed?  (neopr.) . - Storbritannien: Cambridge University Press , 2004. - S. 9-10. — ISBN 978-1139455275 .
  13. ↑ Feynman, The Feynman Lectures on Physics , 3 : Quantum Mechanics s.1-1 "Der er dog en heldig pause - elektroner opfører sig ligesom lys."
  14. ↑ Se: Davisson-Germer eksperiment C. J; Davisson. Diffraktionen af ​​elektroner med en krystal af nikkel  // Bell System Technical  Journal : journal. - 1928. - Bd. 7 . - S. 90-105 . - doi : 10.1002/j.1538-7305.1928.tb00342.x .
  15. ↑ Charles Sanders Peirce foreslog først brugen af ​​denne effekt som en artefakt-uafhængig referencestandard for længde
  16. ↑ Greene, Brian. The Elegant Universe: Super Strings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory  (engelsk) . - New York: W.W. Norton , 1999. - S.  97-109 . - ISBN 978-0-393-04688-5 .
  17. ↑ Feynman, 1965, kapitel 3
  18. ↑ Ingram TaylorInterferensfrynser med svagt lys  (neopr.)  // Prof. Cam. Phil. Soc .. - 1909. - T. 15 .
  19. ↑ Claus; Jonsson. Elektroneninterferenzen an mehreren künstlich hergestellten Feinspalten  (tysk)  // Zeitschrift für Physik  : magazin. - 1961. - 1. august ( Bd. 161 , Nr. 4 ). - S. 454-474 . — ISSN 0044-3328 . - doi : 10.1007/BF01342460 . — .
  20. ↑ Claus; Jonsson. Electron Diffraction at Multiple Slits  // American Journal of Physics  :  tidsskrift. - 1974. - 1. januar ( bind 42 , nr. 1 ). - S. 4-11 . — ISSN 0002-9505 . - doi : 10.1119/1.1987592 . — .
  21. ↑ PG; Merli. Om det statistiske aspekt af elektroninterferensfænomener  (engelsk)  // American Journal of Physics  : tidsskrift. - 1976. - Bd. 44 , nr. 3 . - S. 306-307 . - doi : 10.1119/1.10184 . - .
  22. ↑ R; Rosa. Merli-Missiroli-Pozzi-elektroninterferenseksperimentet med to spalter  // Fysik i  perspektiv : journal. - 2012. - Bd. 14 , nr. 2 . - S. 178-194 . - doi : 10.1007/s00016-011-0079-0 . — . — PMID 26525832 .
  23. ↑ "Det smukkeste eksperiment" Arkiveret 1. april 2012 på Wayback Machine . Physics World 2002.
  24. ↑ Stefano; Frabboni. Young-Feynman-eksperimentet med to spalter med enkelte elektroner: Opbygning af interferensmønsteret og ankomsttidsfordelingen ved hjælp af en pixeldetektor med hurtig  udlæsning //  Ultramikroskopi : journal. - 2012. - Maj ( bind 116 ). - S. 73-76 . — ISSN 0304-3991 . - doi : 10.1016/j.ultramic.2012.03.017 .
  25. ↑ Science Advances 3. maj 2019: Vol. 5, nr. 5, eaav7610 DOI: 10.1126/sciadv.aav7610 Arkiveret 30. oktober 2019 på Wayback Machine
  26. ↑ Greene, Brian. Kosmos' stof: rum, tid og virkelighedens tekstur  (engelsk) . - Random House LLC , 2007. - S. 90. - ISBN 978-0-307-42853-0 .
  27. ↑ O; Donati. An Experiment on Electron Interference  (engelsk)  // American Journal of Physics  : tidsskrift. - 1973. - Bd. 41 , nr. 5 . - s. 639-644 . - doi : 10.1119/1.1987321 . - .
  28. ↑ 1 2 New Scientist: Quantum wonders: Corpuscles and buckyballs, 2010 (Introduktion, abonnement påkrævet for fuld tekst, citeret i sin helhed i Arkiveret 25. september 2017. )
  29. ↑ Wave Particle Duality of C60 Arkiveret 31. marts 2012.
  30. ↑ Olaf; lNairz. Diffraktion af komplekse molekyler ved strukturer lavet af lys   // Fysisk . Rev. Lett.  : journal. - 2001. - Bd. 87 , nr. 16 . - doi : 10.1103/physrevlett.87.160401 . - . — arXiv : quant-ph/0110012 . — PMID 11690188 .
  31. ↑ O; Nairz. Kvanteinterferensforsøg med store molekyler  (engelsk)  // American Journal of Physics  : tidsskrift. - 2003. - Bd. 71 , nr. 4 . - S. 319-325 . - doi : 10.1119/1.1531580 . - . Arkiveret fra originalen den 8. august 2017.
  32. ↑ Brian Greene, The Elegant Universe , s. 104, s. 109-114
  33. ↑ Greene, Brian. Kosmos' stof: rum, tid og virkelighedens tekstur  (engelsk) . — Knopf, 2004. - S.  204 -213. — ISBN 978-0-375-41288-2 .
  34. ↑ 12 Baggott , Jim (2011). Kvantehistorien: En historie i 40 øjeblikke . New York: Oxford University Press. pp. 76. ("Bølgefunktionen af ​​et system indeholdende N partikler afhænger af 3 N positionskoordinater og er en funktion i et 3 N -dimensionelt konfigurationsrum eller 'faserum'. Det er vanskeligt at visualisere en virkelighed omfattende imaginære funktioner i et abstrakt, flerdimensionelt rum. Der opstår dog ingen vanskeligheder, hvis de imaginære funktioner ikke skal gives en reel fortolkning.")
  35. ↑ Vedral, Vlatko. Introduktion til kvanteinformationsvidenskab. - Oxford University Press, 2006. - ISBN 9780199215706 .
  36. ↑ Harrison. Komplementaritet og Københavns fortolkning af kvantemekanik . UPSCALE . Afd. of Physics, U. of Toronto. Hentet 21. juni 2008. Arkiveret fra originalen 3. marts 2016.
  37. ↑ Cassidy. Kvantemekanik 1925–1927: København-fortolkningens triumf . Werner Heisenberg . American Institute of Physics. Hentet 30. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 14. januar 2016.
  38. ↑ Boscá Díaz-Pintado, María C. (29.-31. marts 2007). "Opdatering af bølge-partikel-dualiteten" . 15. britiske og europæiske møde om fysikkens grundlag . Leeds, Storbritannien . Hentet 21. juni 2008 . Arkiveret 1. juli 2010 på Wayback Machine
  39. ↑ L.; Bartell. Komplementaritet i dobbeltspalteeksperimentet: Om simple realiserbare systemer til observation af intermediær partikelbølgeadfærd  (engelsk)  // Physical Review D  : journal. - 1980. - Bd. 21 , nr. 6 . - S. 1698-1699 . - doi : 10.1103/PhysRevD.21.1698 . — .
  40. ↑ A.; Zeilinger. Eksperiment og grundlaget for kvantefysik  (engelsk)  // Reviews of Modern Physics  : tidsskrift. - 1999. - Bd. 71 , nr. 2 . -P.S288 - S297 . - doi : 10.1103/RevModPhys.71.S288 . - .
  41. ↑ P. Mittelstaedt. Uskarp partikel-bølge dualitet i et foton split-beam eksperiment  //  Fundamenter af fysik : journal. - 1987. - Bd. 17 , nr. 9 . - S. 891-903 . - doi : 10.1007/BF00734319 . - .
  42. ↑ DM Greenberger og A. Yasin, "Simultaneous wave and particle knowledge in a neutron interferometer", Physics Letters A 128 , 391-4 (1988).
  43. ↑ WK; Wootters. Komplementaritet i dobbeltspalteeksperimentet: Kvanteudskillelighed og en kvantitativ redegørelse for Bohrs princip   // Phys . Rev. D  : dagbog. - 1979. - Bd. 19 , nr. 2 . - S. 473-484 . - doi : 10.1103/PhysRevD.19.473 . — .
  44. ↑ 1 2 Hillmer, R.; Kwiat, P. Et gør-det-selv kvanteviskelæder  // Scientific American  : magazine  . - Springer Nature , 2007. - Vol. 296 , nr. 5 . - S. 90-95 . - doi : 10.1038/scientificamerican0507-90 . — .
  45. ↑ 1 2 Chiao, RY; P.G. Kwiat; Steinberg, A. M. Quantum non-locality in two-photon experiments at Berkeley  //  Quantum and Semiclassical Optics: Journal of the European Optical Society Part B: journal. - 1995. - Bd. 7 , nr. 3 . - S. 259-278 . - doi : 10.1088/1355-5111/7/3/006 . - . — arXiv : quant-ph/9501016 .
  46. ↑ Frans. Adskillelse af bølge-partikel-dualiteten i dobbeltspalte-eksperimentet . Ars Technica (21. maj 2012). Hentet 1. november 2019. Arkiveret fra originalen 31. oktober 2019.
  47. ↑ 1 2 Bengt EY; Svenson. Pædagogisk gennemgang af kvantemålingsteori med vægt på svage målinger  (engelsk)  // Quanta : journal. - 2013. - Bd. 2 , nr. 1 . - S. 18-49 . - doi : 10.12743/quanta.v2i1.12 . - arXiv : 1202.5148 .
  48. ↑ Pfleegor, RL Interference of Independent Photon Beams  // Physical Review  : journal  . - 1967. - Juli ( bind 159 , nr. 5 ). - S. 1084-1088 . - doi : 10.1103/PhysRev.159.1084 . - .
  49. ↑ Interferens af uafhængige fotonstråler: Pfleegor-Mandel-eksperimentet . Hentet 16. juni 2011. Arkiveret fra originalen 3. januar 2011. >
  50. ↑ Sillitto, RM Et interferenseksperiment med lysstråler moduleret i anti-fase af en elektro-optisk lukker   // Fysik bogstaver A : journal. - 1972. - Bd. 39 , nr. 4 . - S. 333-334 . - doi : 10.1016/0375-9601(72)91015-8 . - .
  51. ↑ "Til en let partikel" . Hentet 1. november 2019. Arkiveret fra originalen 15. november 2012.
  52. ↑ Markus; Arndt. Bølge-partikel dualitet af C60 molekyler  (engelsk)  // Nature. - 1999. - Bd. 401 , nr. 6754 . - S. 680-682 . - doi : 10.1038/44348 .
  53. ↑ HF; Schouten. Plasmon-assisteret transmission med to spalter: Young's Experiment Revisited   // Phys . Rev. Lett.  : journal. - 2005. - 7. februar ( bd. 94 , nr. 5 ). - doi : 10.1103/physrevlett.94.053901 . - . — PMID 15783641 .
  54. ↑ Roger; Bach et al. Kontrolleret dobbeltspaltet elektrondiffraktion  (engelsk)  // New Journal of Physics  : journal. - 2013. - Marts ( bind 15 , nr. 3 ). - doi : 10.1088/1367-2630/15/3/033018 . — . - arXiv : 1210.6243 .
  55. ↑ 12 John W.M .; Busk. Pilot-bølge hydrodynamik  (engelsk)  // Årlig gennemgang af væskemekanik : journal. — Årlige anmeldelser , 2015. — Vol. 47 , nr. 1 . - S. 269-292 . - doi : 10.1146/annurev-fluid-010814-014506 . - .
  56. ↑ John W.M.; Busk. Kvantemekanik skriver stort  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2010. - Bd. 107 , nr. 41 . - P. 17455-17456 . - doi : 10.1073/pnas.1012399107 . - .
  57. ↑ Natalie Wolchover, Quanta Magazine, Science, 30.06.14. Har vi tolket kvantemekanik forkert hele tiden?  (engelsk)  // Wired  : journal. - 2014. - 30. juni.
  58. ↑ Y.; Couder. Sandsynligheder og baner i en klassisk bølge-partikel dualitet  //  Journal of Physics: Conference Series : journal. - 2012. - Bd. 361 , nr. 1 . - doi : 10.1088/1742-6596/361/1/012001 . - .
  59. ↑ Pengyun; Li.  Klassisk hyperkorrelation og bølgeoptik analogi af kvantesuperdense kodning  // Videnskabelige rapporter : journal. - 2016. - Bd. 5 . — S. 18574 . - doi : 10.1038/srep18574 . - . — PMID 26689679 .
  60. ↑ Jenkins FA og White HE, Fundamentals of Optics, 1967, McGraw Hill, New York
  61. ↑ Longhurst RS, Physical and Geometrical Optics, 1967, 2nd Edition, Longmans
  62. ↑ CarloRelationel kvantemekanik  // International Journal of Theoretical  Physics : journal. - 1996. - Bd. 35 , nr. 8 . - P. 1637-1678 . - doi : 10.1007/BF02302261 . - . — arXiv : quant-ph/9609002 .
  63. ↑ Thomas; Filk. Relationel fortolkning af bølgefunktionen og en mulig vej rundt om Bells sætning  // International  Journal of Theoretical Physics : journal. - 2006. - Bd. 45 , nr. 6 . - S. 1205-1219 . - doi : 10.1007/s10773-006-9125-0 . - . — arXiv : quant-ph/0602060 .
  64. ↑ C.; Philippidis. Kvanteinterferens og kvantepotentialet  // Il  Nuovo Cimento B : journal. - 1979. - Bd. 52 , nr. 1 . - S. 15-28 . — ISSN 1826-9877 . - doi : 10.1007/bf02743566 . - .
  65. ↑ Bohmian Mechanics // The Stanford Encyclopedia of Philosophy  (neopr.) . — Metaphysics Research Lab, Stanford University, 2017.

Links

Interaktive animationer

Enkeltpartikeleksperimenter

Hydrodynamisk analog

Computersimulering

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger