Профессор Эндрю Траскот и студент Роман Хакимов отважно заглядывают в квантовый мир
В исследовании поведения квантовых частиц учёные из Австралийского национального университета подтвердили, что квантовые частицы могут вести себя настолько странно, что кажется, будто они нарушают принцип причинности.
Этот принцип — один из фундаментальных законов, который мало кто оспаривает. Хотя многие физические величины и явления не меняются, если мы обратим время вспять (являются Т-чётными), существует фундаментальный эмпирически установленный принцип: событие А может влиять на событие Б, только если событие Б произошло позже. С точки зрения классической физики — просто позже, с точки зрения СТО — позже в любой системе отсчёта, т.е., находится в световом конусе с вершиной в А.
Пока что только фантасты сражаются с «парадоксом убитого дедушки» (вспоминается рассказ, в котором оказалось, что дедушка вообще был ни при чём, а надо было заниматься бабушкой). В физике путешествие в прошлое обычно связано с путешествием быстрее скорости света, а с этим пока было всё спокойно.
Кроме одного момента — квантовой физики. Там вообще много странного. Вот, например, классический эксперимент с двумя щелями. Если мы поместим препятствие со щелью на пути источника частиц (например, фотонов), а за ним поставим экран, то на экране мы увидим полоску. Логично. Но если мы сделаем в препятствии две щели, то на экране мы увидим не две полоски, а картину интерференции. Частицы, проходя сквозь щели, начинают вести себя, как волны, и интерферируют друг с другом.
Чтобы исключить возможность того, что частицы на лету сталкиваются друг с другом и оттого не рисуют на нашем экране две чёткие полосы, можно выпускать их поодиночке. И всё равно, через какое-то время на экране нарисуется интерференционная картина. Частицы волшебным образом интерферируют сами с собою! Это уже гораздо менее логично. Выходит, что частица проходит сразу через две щели — иначе, как она сможет интерферировать?
А дальше — ещё интереснее. Если мы попытаемся понять, через какую всё-таки щель проходит частица, то при попытке установить этот факт частицы мгновенно начинают вести себя, как частицы и перестают интерферировать сами с собою. То есть, частицы практически «чувствуют» наличие детектора у щелей. Причём, интерференция получается не только с фотонами или электронами, а даже с довольно крупными по квантовым меркам частицами. Чтобы исключить возможность того, что детектор каким-то образом «портит» подлетающие частицы, были поставлены достаточно сложные эксперименты.
Например, в 2004 году был проведён эксперимент с пучком фуллеренов (молекул C70, содержащих 70 атомов углерода). Пучок рассеивался на дифракционной решетке, состоящей из большого числа узких щелей. При этом экспериментаторы могли контролируемо нагревать летящие в пучке молекулы посредством лазерного луча, что позволяло менять их внутреннюю температуру (среднюю энергию колебаний атомов углерода внутри этих молекул).
Любое нагретое тело испускает тепловые фотоны, спектр которых отражает среднюю энергию переходов между возможными состояниями системы. По нескольким таким фотонам можно, в принципе, с точностью до длины волны испускаемого кванта, определить траекторию испустившей их молекулы. Чем выше температура и, соответственно, меньше длина волны кванта, тем с большей точностью мы могли бы определить положение молекулы в пространстве, а при некоторой критической температуре точность окажется достаточна для определения, на какой конкретно щели произошло рассеяние.
Соответственно, если бы кто-то окружил установку совершенными детекторами фотонов, то он, в принципе, мог бы установить, на какой из щелей дифракционной решетки рассеялся фуллерен. Другими словами, испускание молекулой квантов света дало бы экспериментатору ту информацию для разделения компонент суперпозиции, которую нам давал пролетный детектор. Однако никаких детекторов вокруг установки не было.
В эксперименте было обнаружено, что в отсутствии лазерного нагрева наблюдается интерференционная картина, совершенно аналогичная картине от двух щелей в опыте с электронами. Включение лазерного нагрева приводит сначала к ослаблению интерференционного контраста, а затем, по мере роста мощности нагрева, к полному исчезновению эффектов интерференции. Было установлено, что при температурах T < 1000K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при T > 3000K, когда траектории фуллеренов «фиксируются» окружающей средой с необходимой точностью — как классические тела.
Таким образом, роль детектора, способного выделять компоненты суперпозиции, оказалась способна выполнять окружающая среда. В ней при взаимодействии с тепловыми фотонами в той или иной форме и записывалась информация о траектории и состоянии молекулы фуллерена. И совершенно не важно, через что идет обмен информацией: через специально поставленный детектор, окружающую среду или человека.
Для разрушения когерентности состояний и исчезновения интерференционной картины имеет значение только принципиальное наличие информации, через какую из щелей прошла частица — а кто ее получит, и получит ли, уже не важно. Важно только, что такую информацию принципиально возможно получить.
Вам кажется, что это — самое странное проявление квантовой механики? Как бы не так. Физик Джон Уиллер предложил в конце 70-х мысленный эксперимент, который он назвал «эксперимент с отложенным выбором». Рассуждения его были просты и логичны.
Хорошо, допустим, что фотон каким-то неведомым способом узнаёт, что его будут или не будут пытаться обнаружить, до подлёта к щелям. Ведь ему надо как-то определиться — вести себя, как волна, и проходить через обе щели сразу (чтобы в дальнейшем уложиться в интерференционную картину на экране), или же прикинуться частицей, и пройти только через одну из двух щелей. Но ему это нужно сделать до того, как он пройдёт через щели, так ведь? После этого уже поздно — там либо лети, как маленький шарик, либо интерферируй по полной программе.
Так давайте, предложил Уиллер, расположим экран подальше от щелей. А за экраном ещё поставим два телескопа, каждый из которых будет сфокусирован на одной из щелей, и будет реагировать только на прохождение фотона через одну из них. И будем произвольным образом убирать экран после того, как фотон пройдёт щели, как бы он их ни решил проходить.
Если мы не будем убирать экран, то по идее, на нём всегда должна быть картина интерференции. А если мы будем его убирать — тогда либо фотон попадёт в один из телескопов, как частица (он прошёл через одну щель), либо оба телескопа увидят более слабое свечение (он прошёл через обе щели, и каждый из них увидел свой участок интерференционной картины).
В 2006 году прогресс в физике позволил учёным поставить такой эксперимент с фотоном на самом деле. Выяснилось, что если экран не убирают, на нём всегда видна картина интерференции, а если убирают — то всегда можно отследить, через какую щель прошёл фотон. Рассуждая с точки зрения привычной нам логики, мы приходим к неутешительному выводу. Наше действие по решению, убираем мы экран или нет, влияло на поведение фотона, несмотря на то, что действие находится в будущем по отношению к «решению» фотона о том, как ему проходить щели. То есть, либо будущее влияет на прошлое, либо в интерпретации происходящего в эксперименте со щелями есть что-то в корне неправильное.
Австралийские учёные повторили этот эксперимент, только вместо фотона они использовали атом гелия. Важным отличием этого эксперимента является тот факт, что атом, в отличие от фотона, обладает массой покоя, а также разными внутренними степенями свободы. Только вместо препятствия со щелями и экрана они использовали сетки, созданные при помощи лазерных лучей. Это дало им возможность сразу же получать информацию о поведении частицы.
Как и следовало ожидать (хотя, с квантовой физикой вряд ли стоит что-то ожидать), атом повёл себя точно так же, как фотон. Решение о том, будет или нет существовать на пути атома «экран», принималось на основании работы квантового генератора случайных чисел. Генератор был по релятивистским меркам разделён с атомом, то есть никакого взаимодействия между ними быть не могло.
Получается, что отдельные атомы, имеющие массу и заряд, ведут себя точно так же, как отдельные фотоны. И пусть это не самый прорывной в квантовой области опыт, но он подтверждает тот факт, что квантовый мир совсем не такой, каким мы можем его себе представлять.
Комментарии (139)
REPISOT
10.06.2015 22:02-2Если фотон направлен через плоскость с двумя щелями
bigbang-tv.com/online/1-season/1-seria-1-season.html
-Согласен. И в чём прикол?
-Да ни в чём. Просто неплохая идея для принта на футболке.
Efrit
10.06.2015 22:17Если мы попытаемся понять, через какую всё-таки щель проходит частица, то при попытке установить этот факт частицы мгновенно начинают вести себя, как частицы и перестают интерферировать сами с собою. То есть, частицы практически «чувствуют» наличие детектора у щелей.
А нельзя ли ещё парочку примеров по части того, как именно пытались реализовать подобный «детектор»?
А то хоть пример из статьи и понятен — но из него вполне может следовать, что траектории фотонов изменились просто потому, что мы изменили температуру (а не из-за самого факта измерения положения фотона).
SLY_G Автор
10.06.2015 22:51Прям сейчас не могу найти. Но суть в том, что таких экспериментов была масса, и с самыми разными детекторами. А даже если мы используем детектор, который как-то влияет на пролетающую через одну из щелей частицу, то он явно не должен влиять на частицу, которая пролетела через другую щель, и с детектором вообще не взаимодействовала. Однако, если детектор есть, частицы пролетают строго через одну из двух щелей.
generall
11.06.2015 17:36Частицы не «чувствуют» наличие детектора, такая формулировка может ввести в заблуждение, как будто частица может что-то «узнать» без взаимодействия.
Mad__Max
11.06.2015 01:14+1Температуру изменяли в опыте с фуллеренами, у фотонов никакой собственный температуры нет и ее естественно никто не менял.
Но действительно абсолютно без взаимодействия наблюдение провести невозможно.
isotoxin
10.06.2015 22:49В физике путешествие в прошлое обычно связано с путешествием быстрее скорости света
Вот этого я никак не могу понять.
Объяснение такое: допустим между Марсом и Землей радиосигнал летит 10 минут. Допустим я силой мысли научился мгновенно перемещаться в пространстве. Надел скафандр и переместился к марсоходу. Поскольку я увидел марсоход таким, каким его увидят (условно говоря) в НАСА на Земле через десять минут, я, типа, переместился в прошлое марсохода.
Но ведь это абсурд! Я не перемещался в прошлое!
Получается, что превышение скорости света эквивалентно перемещению в прошлое только относительно определения ономоментности двух событий в терминах СТО. Иными словами, это просто слова.
Я не прав?
DrSmile
10.06.2015 23:12+1Из СТО есть такое следствие: относительность одновременности, которое говорит, что конкретное значение «в тот же момент» зависит от скорости. Поэтому, либо телепортация явно нарушает СТО и происходит по глобальному абсолютному времени, либо можно разогнаться, прыгнуть на Марс, там разогнаться в другую сторону, прыгнуть обратно на Землю и оказаться со сдвижкой по времени в диапазоне ±20 минут.
barker
10.06.2015 23:22+1я, типа, переместился в прошлое марсохода.
не в прошлое марсохода, а в прошлое людей на земле (которые с телескопом/радиосигналом). Именно потому что нет никакой одномоментности событий. Например, если поглядеть сейчас на землю в телескоп, то можно увидеть 10-минутное прошлое. И 10 минут назад люди на земле должны были видеть странного человека около марсохода, если он прямо сейчас (относительно них самих) оказался там. Но это парадокс, не?Mad__Max
11.06.2015 01:51+1Откуда парадокс? Наблюдатели на Земле увидят появление человека около марсохода только через 10 минут после того как он их покинет.
Вы не в ту сторону 10 минут отложили.
Зато в телескоп можно было бы увидеть самого себя (еще находящегося на Земле еще до прыжка).
А в СТО ограничения на причинность связанные со скоростью света вытекают только из постулата (аксиомы) о невозможности существования каких-либо взаимодействий превышающих скорость света.
Но мы этот постулат нарушили еще в исходных условиях мысленного эксперимента — дав прыгуну возможность мгновенной телепортации (т.е. перемещения в пространстве со скоростью выше скорости света), вся СТО тогда не применима к такому виртуальному случаю.barker
11.06.2015 10:44-2Откуда парадокс? Наблюдатели на Земле увидят появление человека около марсохода только через 10 минут после того как он их покинет.
Так вот именно. Конечно увидят только через 10 минут как он их покинул. Хотя все 10 минут до этого (между тем, как он «покинул их» и тем, как событие принципиально могло до них дойти) он был на этом самом месте. Но они смотрели на это место и никого там не было. Нужно подчеркнуть, что они смотрели на это место именно В ТО ВРЕМЯ в которое он там был [«на самом деле»] и никого там не было. Именно отсюда и парадокс.
barker
11.06.2015 10:54-1А в СТО ограничения на причинность связанные со скоростью света вытекают только из постулата (аксиомы) о невозможности существования каких-либо взаимодействий превышающих скорость света.
Нужно просто понимать, что скорость света здесь — это не «скорость с которой движется свет» (и откуда можно сделать ложный вывод «мы его не видели, потому что свет ещё не долетел до телескопа» или что-то типа того). Это фундаментальная константа скорости. И свет, просто так получилось, движется с этой скоростью (не всегда, конечно, это максимум на что он способен). И парадокс связан именно с этой константой и причинностью, а не потому что «лучам света надо время чтобы долететь до глаз наблюдателя».
Но мы этот постулат нарушили еще в исходных условиях мысленного эксперимента — дав прыгуну возможность мгновенной телепортации (т.е. перемещения в пространстве со скоростью выше скорости света), вся СТО тогда не применима к такому виртуальному случаю.
И в итоге да, СТО неприменим к этому случаю. Именно поэтому и «получается парадокс», по сути это синонимы в данном контексте)
mayorovp
11.06.2015 11:53+5Да не получилось никакого парадокса. Чтобы был парадокс, надо рассмотреть две системы отсчета, двигающиеся относительно друг друга с околосветовой скоростью. Тогда мгновенное перемещение в одной из систем отсчета будет в другой выглядеть как прыжок в прошлое.
К сожалению, мне не хватает знаний, чтобы рассказать подробнее. Но то, что написано сейчас — это не парадокс (СО-то у людей на земле и у марсохода отличаются не настолько, чтобы проявились эффекты СТО — а в физике Ньютона мгновенные перемещения «разрешены»).
В итоге у вас сейчас получается парадокс вида: «предположим, я мгновенно переместился на Марс. Но тогда меня там не было — а потом ХОП — и я там! Парадокс!!!»barker
11.06.2015 12:36-1Чтобы был парадокс, надо рассмотреть две системы отсчета, двигающиеся относительно друг друга с околосветовой скоростью. Тогда мгновенное перемещение в одной из систем отсчета будет в другой выглядеть как прыжок в прошлое.
Это вообще к чему? Парадокс тут не в СТО как таковой и причём тут СО не совсем понятно. И «эффекты СТО» (вы под этим всякие релятивистские эффекты подразумеваете, полагаю) к причинности отношения мало имеют, это отдельный принцип.
у вас сейчас получается парадокс вида: «предположим, я мгновенно переместился на Марс. Но тогда меня там не было — а потом ХОП — и я там! Парадокс!!!»
Ну да, а что вас смущает? Парадокс же выше имелся в виду не в том, что мы нарушили СТО, переместившись быстрее скорости света. Да, СТО тоже не допускает этого, конечно, но это тоже следствие из других принципов, а не единственная причина появления вышеобсуждаемого «парадокса». Обсуждалось именно сверхсветовое перемещение и последующие эффекты с нарушенной причинностью, которые должны из-за этого возникнуть, и которые являются в общем-то «парадоксом».mayorovp
11.06.2015 14:11Вам уже три человека спрашивают: где в этой гипотетической ситуации нарушилась причинность? Появление человека на Марсе нарушением причинности не является, поскольку постулировано условием.
barker
15.06.2015 15:28где в этой гипотетической ситуации нарушилась причинность? Появление человека на Марсе нарушением причинности не является, поскольку постулировано условием.
Ещё раз повторю — бессмысленно обсуждать понятие «парадокс» (которое в данном определении/контексте является синонимом нарушения конкретных принципов) в гипотетическом мире с заведомо невыполнимыми [в реальном мире] условиями. Мы немного о разном говорим. В этой гипотетической ситуации причинность не нарушена, если из моих слов так кажется, то про это я неправильно сказал, ок.mayorovp
15.06.2015 16:50+3В этой ситуации причинность нарушена, но чтобы увидеть это нарушение, требуется рассмотреть ситуацию из окна пролетающего мимо субсветового звездолета.
Mad__Max
11.06.2015 12:29+1В данном случае он связан только именно со скоростью света как конкретной электромагнитной волны, а не причинностью.
Просто рассмотрите с точки зрения другого 3го (независимого) наблюдателя, сидящего где-то ровно на полпути между Марсом и Землей:
с его точки зрения все будет выглядеть правильно и естественно — он увидит что человек исчез с Земли и тут же (одновременно с его точки зрения) возник на Марсе, т.к. свет к нему дойдет с одинаковой задержкой в 5 минут. Он может конечно офигеет от увиденного, но никакого нарушения причинности или путешествий во времени при этом наблюдаться не будет: вот объект исчезает из точки А, и только после этого появляется в точке Б.
То, что на Земле «отбытие» увидят сразу же, а «прибытие» только через 10 минут — это только проблемы этих конкретных наблюдателей и ограниченности скорости света как переносчика информации о свершившемся событии, именно то что «лучам света надо время чтобы долететь до глаз наблюдателя»
А нарушения причинности с точки зрения наблюдателя скажем около Марса (который сначала увидит прибытие, и только после этого отбытие с Земли, а в течении какого-то времени будет наблюдать его и там и там) будет мнимым, а не фактическим, т.к. это нарушение происходит только из предположения, что фундаментальная константа скорости равна скорости света.
Но такое предположение не верно, т.к. когда мы задавали условия мысленного эксперимента, как раз приняли что эта константа наоборот не равна скорости света, а может быть произвольно большой, так что какие-то взаимодействия (а следовательно связи причина-следствия) могут распространяться во вселенной произвольно быстро. В нашем эксперименте скоростью света ограничен только сам свет. А фундаментальная константа скорости отсутствует (или по крайней мере на много выше скорости света).
Так что если такой наблюдатель в курсе, что в его вселенной(вымышленной нами) некоторые процессы не ограничены скоростью света, то он тоже никаких парадоксов типа нарушения причинности или путешествия во времени в этом не увидит.barker
11.06.2015 13:22Вся проблема в том, что некорректно использовать понятие «одновременно» в подобных случаях. Потому что нет никакой «одновременности» (это становится заметно на таких расстояниях) как и нет абсолютного времени во вселенной (или в данном случае «единого времени» для ваших наблюдателей, включая сидящего посередине).
т.к. это нарушение происходит только из предположения, что фундаментальная константа скорости равна скорости света.
Если из этого исходить, то тут и обсуждать нечего. Реальность и физика говорят не о «произвольно большой», константе, а о конкретной. И именно внутри этих ограничений будет парадокс этого нашего «мысленного эксперимента». Об этом и речь вообще-то. Если же мы нафантазировали какие-то другие физические законы, то конечно, мы можем нафантазировать там и отсуствие парадокса. Странно рассматривать гипотетические случаи заведомо противоречащие каким-то фундаментальным законам, а потом изучать «парадоксы» в их терминах. Ну т.е. выше вы то же самое верно сказали о неприменимости.
Но такое предположение не верно, т.к. когда мы задавали условия мысленного эксперимента, как раз приняли что эта константа наоборот не равна скорости света, а может быть произвольно большой, так что какие-то взаимодействия (а следовательно связи причина-следствия) могут распространяться во вселенной произвольно быстроmayorovp
11.06.2015 14:15Поскольку все наблюдатели в условии движутся с досветовыми скоростями — понятие одновременности вполне корректно.
Напомню: два события считаются одновременными, если сигналы об этих событиях, распространяющиеся с максимально возможной скоростью, встретятся на середине пути.
Lsh
11.06.2015 14:27>Потому что нет никакой «одновременности»
Но почему? Зачем нам избавляться от понятия одновременности? Мы же можем синхронизировать часы на Марсе и на Земле. Если часы показывают одинаковое время в момент совершения события, значит они произошли одновременно. Хотя часы со временем, вероятно, рассинхронизируются из-за разных условий. Но ведь это проблема измерительных приборов, а не устройства вселенной?senia
21.06.2015 02:14+1Относительность одновременности.
Но раз уж вы упомянули 2 конкретные системы отсчета:
Даже если забыть про относительность одновременности, то часы на Марсе и Земле разойдутся именно из-за устройства вселенной. Они будут двигаться с разной скоростью на разных орбитах, да еще и на поверхности планет с разной силой тяжести. Там действительно время идет не одинаково.
ZyXI
10.06.2015 23:23-1Почему вы решили, что вот эта часть:
Поскольку я увидел марсоход таким, каким его увидят (условно говоря) в НАСА на Земле через десять минут
корректна? У меня есть подозрение, что вы можете застать марсоход в том виде, в котором его видели в момент телепортации на земле.Mad__Max
11.06.2015 01:36Ну потому что это следует из условий мысленного эксперимента — он же телепортировался мгновенно, а не со скоростью света.
Поэтому то, что он увидит своим глазами сразу после прыжка, на Земле увидят только через XX минут — когда свет/сигнал дойдет до Земли с Марса (а у прыгнувшего этой задержки не будет, т.к он будет находится непосредственной близости к марсоходу)
hidoba
10.06.2015 23:35Перемещение во времени происходит немного более сложным способом, и речь идет именно о перемещении в собственное прошлое в собственной системе отсчета. Чтобы не рассуждать о мгновенном ускорении, часто говорят о передаче сообщения. Как именно это делается — описано здесь: www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html
AlexBaklanov
11.06.2015 23:36А вдруг, когда Вы мгновенно переместитесь на Марс, Вас в то же мгновение увидят в телескоп с Земли? То есть Вы переместились в прошлое ровно так, что свет от Вас уже успел долететь до места Вашего отправления.
ZloAlien
10.06.2015 22:57Насколько я понимаю, получается что фотон протяжён/растянут во времени. И на самом деле он уже существует в пространстве щели ещё до пролёта и наверное после.
ncix
11.06.2015 00:15+3Строго говоря он неравномерно «размазан» вообще по всему пространству-времени.
Oleg_Sh
11.06.2015 12:44+1Строго говоря да, но с практической точки зрения имеет значение длина когерентности (или как там оно называется). Эта длина обратно пропорциональна неопределенности в частоте фотона. Короче можно сделать такой фотон, чтобы он уложился в требуемые метры по длине.
Кстати, для атома гелия это тоже верно. У него есть неопределенность в пространстве. Более того, она у него должна быть не меньше шага дифракционной решетки, иначе никакой дифракции не получится.
DrSmile
10.06.2015 22:58+27Ох уж эти бесконечные парадоксы квантмеха. Сначала изобретают неудачную терминологию и кривые «интерпретации», а потом натыкаются на внутренние противоречия в этих изобретениях. Нет никакого «корпускулярно-волнового дуализма», законы природы не зависят от наличия или отсутствия наблюдателей, нет никаких сверхсветовых «коллапсов» волновой функции. Все это — тяжелое наследие достаточно сложной и контринтуитивной теории, ведь людям нереально сложно представить бесконечномерное Гильбертово пространство, в котором происходит действие квантовой механики.
В действительности, частица — это координата, это степень свободы, это один из аргументов волновой функции вселенной. Волной является только вселенная целиком, однако для изолированной системы иногда можно выделить свою волновую функцию, которая входит множителем во вселенскую. Важно, что частиц много, а волна всегда одна, и никакого «выбора», быть частицей или волной не стоит в принципе, ибо это понятия разных категорий.
Конкретно данный и ему подобные эксперименты со щелями объясняются достаточно просто. Интерференция возникает всегда, когда конечное состояние может достигаться несколькими путями. Важно здесь то, что состояние — это не положение какой-то отдельной частицы, это состояние вселенной (системы) — совокупное положение всех частиц.
Соответственно, если при пролете частицы через щели состояние остальных частиц не меняется или меняется одинаково, независимо от конкретной щели пролета, то интерференция есть. Если при пролете были излучены фотоны малой длины волны, то интерференции нет, потому что состояния разные: фотоны, излученные у первой щели отличаются от излученных у второй. При этом, будут ли эти фотоны потом ловить или нет, абсолютно не важно.
evtomax
10.06.2015 23:32+12Для меня лично ваше объяснение звучит намного красивее, чем телепатия у частиц и влияние будущего на прошлое.
hidoba
11.06.2015 00:47Я не понимаю, как это объясняет телепатию у частиц (неравенства Белла) и кажущееся влияние будущего на прошлое.
DrSmile
11.06.2015 01:27+3Там стоит просто заметить, что наблюдатель/измеритель взаимодействует с частицами, т. е. является частью системы. Поэтому его состояние является частью состояния системы и подчиняется тем же законом квантовой механики. Во всех таких «машинах времени» результат второго измерения влияет на первое, однако если принять, что после первого измерения наблюдатель находится в суперпозиции состояний с разным результатом измерения (как кот Шредингера), то кажущееся противоречие пропадает.
Проблема возникает тогда, когда принимают, что после первого наблюдения происходит «коллапс» волновой функции. Т. е. проблема в дополнительном предположении о «коллапсе», которое и нарушает причинность.evtomax
11.06.2015 02:13+2Т.е. убираем экран, и в момент взаимодействия с детекторами, вся система, состоящая из квантовой хреновины, щелей и детекторов, переходит в такое конечное состояние, будто квантовая хреновина была частицей. Не убираем экран, и система, состоящая из квантовой хреновины, щелей и экрана переходит в такое конечное состояние, будто квантовая хреновина была волной. Т.е. квантовая хреновина и взаимодействующие с ней предметы представляет собой единый объект, поэтому никакой телепатии и способности заглянуть в будущее не нужно. Я правильно понял?
vanxant
11.06.2015 02:58+2Возьмём кубит с двумя состояниями «0» и «1».
В процессе работы он, как квантовая система, находится в суперпозиции этих состояний. Но в момент измерения (считывания результата) волновая функция кубита схлопывается в какое-то одно.
Проблема в том, что измерительный прибор, сам по себе тоже является квантовой системой, причём связанной с кубитом, и тоже находится в суперпозиции двух состояний («измерен 0» и «измерена 1»). Если нет «наблюдателя за прибором», то и состояние прибора не схлопывается (были такие эксперименты). Поначалу после тех опытов тоже лезла всякая чертовщина на тему исключительности разумного наблюдателя, токмо волею которого схлопываются волновые функции вселенной.
Трюк в том, фраза «нет наблюдателя за прибором» означает, что прибор не усиливает выходной сигнал достаточно, чтобы этот сигнал мог уловить любой возможно существующий наблюдатель.
Опыт с фуллереном показывает уровень энергии, достаточный для схлопывания волновой функции. И это, мать его, прорыв. Четкий водораздел между квантовой и обычной физикой.DrSmile
11.06.2015 03:33+1Так вот, ни в одном опыте «схлопывание» обнаружено не было. Причем, именно это схлопывание нарушает причинность и, вообще, создает проблемы. Отсюда, согласно бритве Оккама, делаем вывод, что схлопывания нет, как нет и водораздела: вся физика — квантовая, классическая — это просто приближение, как Ньютоновская гравитация к ОТО. Все разумные и неразумные наблдюдатели постоянно находятся в состоянии Шредингерова кота, а все классические вселенные в суперпозиции мультивселенной.
Oleg_Sh
11.06.2015 13:16+1В каком смысле вы употребляете слово «схлопывание»? Если в общепринятом, то вы не правы. Схлопывание волновой функции происходит при каждом измерении.
ru.wikipedia.org/wiki/Копенгагенская_интерпретацияDrSmile
11.06.2015 13:44+5Вот именно про это я и говорю: сначала выдумывают всякие «интерпретации», явно нарушающие принцип причинности, а потом говорят, что в квантовой механике сплошные проблемы и парадоксы.
В многомировой интерпретации никакого схлопывания нет, а измерение — это просто квантовое запутывание измерителя/наблюдателя с измеряемым.Oleg_Sh
11.06.2015 14:20+1Я не против этого, я против вашей фразы «ни в одном опыте «схлопывание» обнаружено не было». Эта фраза неверна, т.к. схлопывание есть что в Копенгагенской, что в многомировой интерпретации.
DrSmile
11.06.2015 16:20+1Нет, в многомировой интерпретации схлопывания нет. Эти две интерпретации как раз и отличаются в этом ключевом моменте. Само схлопывание — это вполне себе физический процесс, поэтому его наличие или отсутствие может быть проверено в эксперименте. Так вот, все эксперименты, в которые возможно проявление этого схлопывания, показали его отсутствие до масштабов больших макромолекул. Выше этого масштаба точности эксперимента для регистрации схлопывания пока недостаточно.
mayorovp
11.06.2015 18:14+2Эксперимент не может подтвердить наличие или отсутствие «схлопывания» просто потому что Копенгагенская интерпретация полностью эквивалентна многомировой.
Это не две теории — а две интерпретации одних и тех же формул. Там, где сторонник Копенгагенской интерпретации скажет «произошел факт наблюдения — и волновая функция схлопнулась» — сторонник многомировой интерпретации скажет «я запутался с наблюдаемой частицей». При этом все их предсказания совпадут (если они не наделают ошибок в вычислениях, конечно же).DrSmile
11.06.2015 18:45Это не так. Наблюдатель, запутавшийся с частицей, все равно может проинтерферировать со своей копией. В случае же «схлопывания» возможность этой интерференции отсекается. Данный факт имеет прямые физические следствия, хоть и трудно наблюдаемые в реальности. Копенгагенская интерпретация — это квантовая механика плюс положение о измерении и коллапсе, т. е. это объективно другая физическая теория.
mayorovp
11.06.2015 18:50Наблюдатель — это всегда макрообъект, то есть объект, который не проявляет волновых свойств. У такого объекта не может быть полной копии.
DrSmile
11.06.2015 19:28+1Предъявите, пожалуйста, экспериментальные свидетельства данного факта. Пока их нет я буду придерживаться чистой квантовой механики, где никаких «макрообъектов», подчиняющимся другим законам, не существует.
mayorovp
11.06.2015 19:31Это в многомировой интерпретации их не существует. А в Копенгагенской их приходится разделять. Эксперименты же вы можете привести и сами — это те самые эксперименты, где, по вашим словам, «опровергли схлопывание».
DrSmile
11.06.2015 03:43+2Я уже писал, что частица — это координата, а система — это волна. То, что фотоны/электроны могут быть то частицами, то волнами, и звучит и является бредом.
Вся разница в опыте с экраном и без заключается в том, что в одном случае мы даем двум разным вариантам эволюции сойтись в одинаковое состояние (фотон ударяется в конкретную точку экрана) и поэтому интерференция есть, а в другом — не даем (каждый фотон летит в свой телескоп) и интерференции нет.
А всякие машины времени возникают из-за схлопываний — т. е. из-за того, что мы явно запрещаем детектору интерферировать, делая его классическим объектом.Mad__Max
11.06.2015 10:01+1В примере с 2мя телескопами интерференция все-равно возможна — она бы проявлялась как различие интенсивности потока фотонов регистрируемых ими (при ее отсутствии они должны быть равны)
Но если прочитать оригинал — там не было никакого экрана в принципе.
Вместо экрана у пролетающих фотонов меняли поляризацию при прохождении через кристалл электрооптического модулятора управляемого генератором случайных чисел.
И в варианте с «наблюдателем» (= с возможностью определить по какому пути прошел фотон) у фотона в принципе не было возможности для интерференции — т.к. свет приходил к «наблюдателю» с ортогональной поряризацией что исключает возникновение интрерференции.
И только в варианте «без наблюдателя» поляризация специально менялась так, что интерференция становилась возможной.
Не понимаю, как за такую постановку эксперимента коллеги разбирающиеся в квантовой физике (или хотя бы оптике) этих учетных «помидорами» не закидали. Это же чистая подгонка эксперимента под ожидаемый результат: там где ожидаем отсутствие интерференции, создаем условия в которых интерференция невозможна, там где ожидаем появления интерференции — создаем условия в которых она возможна.
qbertych
11.06.2015 10:55-1Поляризация в эксперименте вообще не меняется (она, мягко говоря, не определена для атомов). Меняется состояние атома, которое является суперпозицией между основным и одним из возбужденных. Гугл по «pi- and pi/2 pulse».
Никакой подгонки там, естественно, нет: ГСЧ запускается после «двух щелей». Успевают они это сделать, потому что атом холодный и движется медленно.
А сомневаться в рецензировании в журнале уровня Nature Physics — это не дело. Если вас что-то удивляет в таком журнале, значит скорее всего вы что-то не поняли.mayorovp
11.06.2015 11:58+1Mad__Max писал про эксперимент с фотонами и телескопами, а не с атомами.
qbertych
11.06.2015 12:52Миль пардон, Mad__Max, проглядел.
Понятно, что именно не нравится. Но в эксперименте с отложенным выбором в виде интерферометра Маха-Цандера (картинка 1 из той же статьи) та же проблема — без BS детекторы не могут увидеть интерференцию, потому что в каждый детектор может попасть только один фотон. Второй фотон там в принципе не проходит.
То есть во всех экспериментах с отложенным выбором «закрытие» одного пути имеет один и тот же смымл. Просто оно выглядит немножко по-разному:
— в двухщелевом — закрываем один путь, чтобы фотон из него не попал на детектор (экран)
— в Махе-Цандере — убираем сплиттер, чтобы фотон 2 не попал на детектор 1 (и наоборот)
— в статье с поляризациями — убираем «смешивалку поляризаций» (EOM), чтобы фотон H не попал на детектор V (и наоборот)
Urbansamurai
11.06.2015 12:16-1Точно. Всё просто: измерение делает волну дискретной, из-за вмешательства «человеческой дискретной системы координат», относительно её и свет является частицей, а сам по себе – волной. Интересно провести эксперимент, с наблюдателем, чье восприятие переменно.
p.s. Я далёк от физики, но всё это жутко интересно, и ваше объяснение (как я понимаю это теория струн?) очень красиво и, как мне кажется, ближе к правде.Mad__Max
11.06.2015 12:45+3У меня примерно такое же объяснение, которое сам для себя «вывел»: см. geektimes.ru/post/251826/#comment_8404924
При этом в моем варианте объяснения, наблюдателя с переменным восприятием быть не может, т.к. не бывает «волновых» наблюдателей. Наблюдение происходит через какое-то взаимодействие, а все взаимодействия дискретны(квантуются) — передача энергии, импульса, заряда и т.д. может происходить только квантами — это все достаточно неплохо доказано в экспериментах (только с гравитацией пока уверенности нет). Поэтому и наблюдение всегда дискретно.
В результате дискретность процессов появляется в результате самого факта наблюдения, а без него объект существует как волна с некоторой плотностью вероятностей распределения.
mayorovp
11.06.2015 14:22+1Нет, это не теория струн, это всего лишь многомировая интерпретация квантовой механики.
Oleg_Sh
11.06.2015 13:13Учебник с вами не согласен.
Вот из Ландавшица: alexandr4784.narod.ru/l03/l3_gl01_01.pdf
Ясно поэтому, что для системы из одних только квантовых объектов вообще нельзя было бы построить никакой логически замкнутой механики. Возможность количественного описания движения электрона требует наличия также и физических объектов, которые с достаточной точностью подчиняются классической механике.
…
Таким образом, квантовая механика занимает очень своеобразное положение в ряду физических теорий — она содержит классическую механику как свой предельный случай и в то же время нуждается в этом предельном случае для самого своего обоснования.DrSmile
11.06.2015 14:02+1На то она и контринтуитивная теория, что даже у научного сообщества нету устоявшегося мнения по поводу интерпретаций. Лично мне «ясно» обратное. Основанием цитированного утверждения является:
Отсутствие у электрона определенной траектории лишает его самого по себе также и каких-либо других динамических характеристик.
Это утверждение мне кажется несправедливым. Почему, например, значение волновой функции для электрона в некоторой точке не является динамической характеристикой? Еще лучше взять отношение волновых функций в двух разных точках. В общем, утверждение о незамкнутости квантмеха мне кажется не более чем игрой слов (типа, что правильно называть динамической характеристикой), чем каким-то строгим логическим утверждением.
mayorovp
11.06.2015 14:40+3Этот труд (по крайней мере, большинство его глав) был написан до появления многомировой интерпретации.
Zibx
11.06.2015 15:34Существует вариант что физический мир фиксируется в одном положении именно в процессе наблюдения. Тогда «физический» приобретает несколько иной смысл. Получается рендеринг только необходимых наблюдателям частей мира, а остальное существует только в виде вероятностей. Но это ближе к эзотерике и солипсизму. По моей оценке лет через 15 это уже подтвердят или опровергнут.
Zibx
11.06.2015 15:41Кусочек адаКогда я рассказывал тебе о семи мирах, которые ты можешь собрать помимо известного мира обычной жизни, ты думал, что речь идет о вещах сугубо внутреннего характера. Все дело в твоей жесткой привязанности к убеждению, что все действия и явления, через которые ты проходишь под нашим руководством – только игра твоего и нашего воображения. Поэтому-то тебе никогда не приходила в голову мысль задать мне вопрос: а существует ли неизвестное вообще? Годами я множество раз, указывая рукой на окружающий мир, говорил тебе: там – неизвестное. Но ты никогда не улавливал связи.
Каждый раз, когда древние видящие достигали новой настройки, они думали, что погружаются в глубины или воспаряют в небесную высь. Они так и не узнали, что мир исчезает, как дым, развеянный дуновением ветра, когда новая полная настройка заставляет нас воспринимать другой завершенный мир.xoxoxox
12.06.2015 23:11Это гениально! Скажите пожалуйста, где можно подробнее почитать про данную интерпретацию квантовой механики?
Gothician
10.06.2015 23:46-2Почему бы не существовать принципиальной бесконечности познания? Сколько бы мы нового не узнавали, всегда будет для нас что-нибудь неизвестное. И ничего удивительного нет, это же очень интересно.
Напротив, скучно бы было жить в мире, в котором все давно известно, границы вселенной достигнуты и т.д.
egigd
11.06.2015 00:36+2А вы не в курсе, что этот принцип давным давно есть?..
Более того: чем больше мы знаем — тем больше у нас есть вопросов без ответов!
hidoba
11.06.2015 00:19+4А если мы будем его убирать — тогда либо фотон попадёт в один из телескопов, как частица (он прошёл через одну щель), либо оба телескопа увидят более слабое свечение (он прошёл через обе щели, и каждый из них увидел свой участок интерференционной картины).
На самом деле это не так (и эта ошибка встречается не только здесь). “более слабое свечение” — это нонсенс в нашем случае, потому что то, что мы называем интенсивностью света, зависит от числа фотонов, которые попадают на приемник, а поскольку мы выпускаем фотоны по одному. это число всегда 1. Фотон при прохождении двух щелей не станет вдруг делиться на два фотона меньшей энергии или чего там авторы этой глупости имели в виду.
В оригинальном эксперименте с двумя щелями на экран каждый раз попадает ровно один фотон (или электрон) и ровно на одно место экрана. Просто если долго вести статистику, то окажется, что распределение вероятности попадания фотонов в зависимости от места экрана выглядит как интерференционная картина.
В эксперименте с отложенным выбором есть два варианта:
- Мы ставим экран, и эксперимент аналогичен классическому эксперименту с двумя щелями, на экране интерференционная картина
- Мы убираем экран. За экраном на достаточно большом расстоянии находятся телескопы. За счет расстояния и направленности телескопов если в одном из них увидели прохождение частицы — мы точно знаем, что частица вылетела из соответствующей этому телескопу щели. Увидеть вспышку в двух телескопах мы не можем, но зато когда мы увидели вспышку в одном из них, мы точно знаем, из какой щели вылетел этот фотон.
Как же различить случай, когда телескопы видят часть интерференционной картины, от случая, когда они видят часть распределения вероятности, как если бы фотон вел себя как частица? Посчитать число фотонов, которые ловит телескоп за единицу времени, и сравнить с аналогичным числом фотонов в соответствующем месте экрана!Mad__Max
11.06.2015 02:09Так а в чем собственно ошибка-то? Разве что фраза неудачная, но не ошибочная.
Слабое или сильное свечение — это описание его относительной интенсивности.
Интенсивность это кол-во частиц (например фотонов) за единицу времени на единицу площади.
Посчитав кол-во фотонов попавших на приемник за какой-то период (набрав статистику), мы можем сказать какая интенсивность излучения была просто разделив кол-во зарегистрированных частиц на время в течении которого продолжалась регистрация — даже в случае если частицы прилетали строго по 1 штуке за раз. Это ничего принципиально не меняет.hidoba
11.06.2015 02:13+4«либо фотон попал в один телескоп, либо в другой, либо мы увидим слабое свечение в обоих» — так написано в тексте. И это ошибка. Если регистрировать частицы в течение некоторого времени — мы в любом случае увидим слабое свечение в обоих телескопах, независимо от того, это интерференционная картина или они ведут себя как частицы.
Mad__Max
11.06.2015 07:19+1С этим согласен — это свечение будет в любом случае всегда, но в двух этих случаях будет существенно различаться:
В случае частиц — эта интенсивность (кол-во частиц зафиксированных обеими детекторами) должна быть примерно одинаковой
В случае волны и самоинтерференции — распределение частиц («интенсивность свечения») между 2мя детекторами будет существенно различаться в зависимости от формировании интерференционной картины — один насчитает частиц намного больше второго, в зависимости от того в какой зоне он находится.
P.S.
Все равно сложно представлять это — вылетая(излучаясь) ведут себя как частицы, в процессе начинают вести себя как волны, в т.ч. проходя через «2 щели» одновременно и интерферируя на себя же, но потом прилетают все-равно в какой-то один из детекторов и регистрируются им уже снова как частица(даже если в процессе полета уже «решили» вести себя как волна).
Чтобы не сломать себе голову подобными заморочками, я для себя все это сформулировал так:
— фотоны (да и вообще все частицы) в реальности существуют, в т.ч. движутся в пространстве всегда как волны, сама их фундаментальная природа скорее всего волновая (такого подхода кстати придерживаются «струнные» теории предлагаемые на замену текущей квантовой механике со Стандартной Моделью)
— но любые физические взаимодействия с другими частицами могут происходить только дискретно(квантово) — и поэтому во всех взаимодействиях проявляют себя как локализованные материальные частицы
Такой может немного упрощенный подход, позволяет добавить логичности в квантовый хаос.
В частности принцип неопределенности — точно предсказать свойства частицы(например координаты) без измерения невозможно, потому что этих конкретных свойств и нет вовсе вне рамок измерения — существует только «размазанная» волна, а квантовые свойства частицы появляются только в момент и как результат самого измерения (которое всегда связно с каким-либо взаимодействием — без этого никакое измерение невозможно в принципе).
Так же и прочие «эффекты наблюдателя» наподобие описанного «парадокса» — интерференция есть вообще всегда в подходящих условиях, независимо от эксперимента, но «наличие наблюдателя» (= произведение каких-то измерений = взаимодействие с наблюдаемым объектом) приводит к проявлению свойств как частицы. В частности с примером с двумя телескопами где якобы интерференция пропадает если убрать экран стоящий перед ними при таком подходе можно описать так:
Она не пропадает и фотон всегда само интерферирует с самим собой как волна и приходит в оба телескопа одновременно, но будет зафиксирован только каким-то одним из них, т.к. фиксация(регистрация) есть взаимодействие фотона с веществом и в этом взаимодействии проявятся свойства частицы. А вероятность того каким конкретно из 2х детекторов он провзаимодействует, определяется распределением интенсивностей волны де Бройля в соответствующих точках, сложившемся в результате интерференционной картины.
grokinn
11.06.2015 08:33Но если фотоны существуют как волны, то из чего состоят эти волны, т.е. что собственно волнуется то? В начале прошлого века было просто — был мировой эфир и он волновался себе спокойно, потом объявили что эфира нет и фотон сам себе и частица и волна. Но если мы выпускаем всего один фотон, пусть он даже летит по волновой траектории, откуда остальная часть волны берется (ну которая интерферирует), что именно в ней волнуется? И вот тут мой взор затуманивается и я мысленно возвращаюсь к какому то подобию мирового эфира, т.е. мельчайший частиц, которые создают волну под влиянием движущегося фотона и затем сами и направляют фотон куда то.
mayorovp
11.06.2015 09:16Зачем нужен мировой эфир — если есть электромагнитное поле?
grokinn
11.06.2015 09:24Это если фотонов много, то они образуют электромагнитное поле, а если фотон один, то какое уж там поле.
mayorovp
11.06.2015 09:28+1Ничего подобного, поле, если оно статическое, может существовать вовсе без фотонов.
Поле не состоит из фотонов — напротив, сами фотоны есть ни что иное как переходные процессы, распространяющиеся по этому полю.grokinn
11.06.2015 09:30Тогда из чего оно состоит, если фотон является квантом ЭМП?
vanxant
11.06.2015 10:11Ни из чего. Можете считать, что пространство состоит из планковских объемов (можно назвать их квантами пространства-времени, да). И в каждом кванте есть свой компас и напряжометр эмп со стрелкой. Чтобы зарядить конденсатор, нужно выставить большинство этих «стрелок» пространства между его пластинами в одну сторону, сообщение об чем передается фотонами. Когда конденсатор заряжен, стрелки трогать уже не надо, поэтому и фотонов нет.
grokinn
11.06.2015 10:16Вот этого я не знал. И что же вот эти планковские объемы и составляют волну, когда летит один фотон? (а может этими объемами и квантовую запутанность можно объяснить?)
mayorovp
11.06.2015 10:24Они не составляют волну! Волна — это изменение их состояния, распространяемое в пространстве со временем.
Квантовая запутанность так просто не объясняется.grokinn
11.06.2015 10:32Насчет объяснения запутанности мне приходит в голову вот что: если эти планковские объемы есть везде, то и внутри квантовых частиц тоже, если внутри этих объемов есть стрелка… нет я понимаю что неравенства белла запрещают предопределенное состояние частиц, т.е. не может быть что у спутанных частиц стрелка указывает в одном направлении, но может быть что эти стрелки колеблются туда-сюда, а у спутанных частиц они колеблются синхронно, и вот мы измеряем состояние одной частицы и затем практически сразу же состояние второй и видим, что стрелки указывают в одном направлении, что логично и все объясняет (насколько я понимаю время между измерениями в реальных экспериментах крайне мало и ученые только пытаются его уменьшить).
Ну конечно «стрелка» это тут условное слово из комментария выше.mayorovp
11.06.2015 10:35Планковский объем — это часть пространства. Он не может быть внутри частицы.
Mad__Max
11.06.2015 10:15В стандартной научной интерпретации принятой сейчас «волнуется» электрическое и магнитное поля взаимно воспроизводящие(переходящие в) друг друга — собственно фотон и есть квант (кусочек) электрического+магнитного полей взаимодействующих друг с другом.
Но «лазейка» для любителей эфира в текущей физической модели есть — квантовые флуктуации вакуума, которые проявляются в виде в виде виртуальных пар частица-античастица рождающихся «из ничего»(пустоты — физического вакуума) и быстро аннигилируют обратно. Т.к. они могут нести заряд (например кварк-антикварк пары), то чисто теоретически они могут участвовать в колебаниях.
В других пока не принятых теориях, например теории струн (и множестве ее модификаций) все частицы(не только фотоны) это колебания и резонансы неких гипотетических многопространственных структур — струн.
hidoba
12.06.2015 14:39А вероятность того каким конкретно из 2х детекторов он провзаимодействует, определяется распределением интенсивностей волны де Бройля в соответствующих точках, сложившемся в результате интерференционной картины.
Если бы это было так, то не было б никакого парадокса. Идея телескопов именно в том, чтобы в один телескоп могли попадать только частицы, прошедшие через одну конкретную щель, делая интерференцию невозможной.
KurilkaRymin
11.06.2015 00:20От двух независимых источников интерференции не получается — это правда?
egigd
11.06.2015 00:41+1Нет, не правда.
Для оптического диапазона пока технически недостижима сколько-нибудь устойчивая картина интерференции (она меняется на противоположную минимум многие тысячи раз в секунду), но вот в радиодиапазоне получить вполне устойчивую картину очень даже можно. Часто случайная интерференция двух радиоизлучателей приводит к проблемам со связью…
rPman
11.06.2015 01:06А не этот же ли принцип используется в фазированных решетках?
egigd
11.06.2015 01:21Этот.
KurilkaRymin
12.06.2015 01:40Как?! Генератор один, остальное фазовращатели — все равно что зеркальца.
mayorovp
11.06.2015 07:41Разве два лазера не могут дать устойчивую интерференцию? В школьном курсе физике правильным ответом было что могут…
a5b
11.06.2015 08:57+1Пруфы для «недостижима сколько-нибудь устойчивая картина интерференции (она меняется на противоположную минимум многие тысячи раз в секунду)» при значении «многие» около 1
physics.stackexchange.com/questions/630/is-it-possible-to-observe-interference-from-2-independent-optical-lasers
Is it possible to observe interference from 2 independent optical lasers?
Q: It seems that if the coherence length of a laser is big enough, it is possible to observe a (moving) interference picture by combining them. Is it true?
A: Yes
Q: How fast should photo-detectors be for observing of the interference of beams from two of the «best available» lasers?
A: 1 millisecond or faster
Lorenzo Basano and Pasquale Ottonello, Interference fringes from stabilized diode lasers / Am. J. Phys. 68, 245 (2000); dx.doi.org/10.1119/1.19416
Interference fringes produced by a pair of intracavity stabilized diode laser beams, each impinging separately on one aperture of a double slit, are recorded on a linear charge-coupled device array. The peculiar result of the experiment is that the fringe system is found to persist for a time of the order of 1 ms and loses contrast for longer integration times. This implies that the individual linewidths of the two beams from the stabilized lasers are narrower than 1 kHz
egigd
11.06.2015 09:26-1О, уже даже по-лучше, когда я этот вопрос изучал, там десятые доли миллисекунды были.
Mad__Max
11.06.2015 10:29+1А из-за чего вообще эта «невозможность» происходит? Почему интерференционная постоянно картинка «убегает» даже если взять полностью 2 идентичных лазера и возможна только при манипуляциях с лучом одного конкретного лазера?
Ведь если излучение когерентно и длины волн совпадают (т.к. лазеры идентичные), то разница между ними будет только по фазе — а это появлению интерференции не мешает, наоборот это необходимое условие для ее возникновения.
Как понимаю, на практике нормальной картины не получается, потому что абсолютно одинаковые лазеры бывают только теоретически, а любые реальные лазеры хоть немного, но отличаются по длине волны и это микроскопическое не соответствие длин волн приводит к постоянному смещению фазы лучей относительно друг друга, что размывает интереференционную картину их наложения на любых более-менее продолжительных замерах?qbertych
11.06.2015 13:52+1Для интерференции нужно точно подогнать частоты (длины волн) лазеров. Скажем, чтобы картинка была стабильна в течение секунды, нужна разность частот не более ~1 Гц. В радиодиапазоне это точность 10-9, которую легко получить. В оптике это 10-16 и ооочень труднодостижимо.
Зато можно получить интерференцию во времени, более известную как «биения». Тут есть понятные картинки.KurilkaRymin
12.06.2015 02:30Интерференцию сигналов от одного генератора нельзя получить, если один из сигналов будет с доплеровским сдвигом — это правда?
Биения получаются от разных генераторов, а от одного нет — это правда?
KurilkaRymin
12.06.2015 01:45Проблемы бывают — «замирания», но происходят они по причине вычитания волн одного передатчика, которые прошли разный путь (переотражения в слоях атмосферы).
hidoba
11.06.2015 00:39+2Важно заметить, что даже если интерпретировать эксперимент Уилера в контексте, что будущее влияет на прошлое (такую интерпретацию, к примеру, поддерживает Huw Price), то мы всё равно не можем передать себе сообщение в прошлое при помощи этого принципа.
liddom
11.06.2015 00:51Наше действие по решению, убираем мы экран или нет, влияло на поведение фотона, несмотря на то, что действие находится в будущем по отношению к «решению» фотона о том, как ему проходить щели.
Очень похоже на квантовую запутанность.
qbertych
11.06.2015 10:57Мне больше всего понравилось, что в качестве ГСЧ они используют честный квантовый генератор от ID Quantique.
gonzazoid
11.06.2015 11:39+1вот здесь, мне кажется и лежит сердце эксперимента. Как получить случайное число, внимание — не зависящее от прошлого? Если я правильно понимаю суть экспериента — это обязательное требование.
mayorovp
11.06.2015 11:59Достаточно, чтобы оно не зависело от прошлого фотона.
Mad__Max
11.06.2015 12:56Не знаю как в этом последнем опыте с атомами гелия, но в прошлом эксперименте с фотонами — оно зависело.
Т.к. ГСЧ «запускался» (и это оказывало влияние на то какое число «выпадет») тем же самым импульсом лазера, который давал и «накачку» кристалла и вызывал испускание тестового фотона.
Т.е. одно и то же событие в прошлом (импульс исходного зеленого лазера) влияло и на образование тестового (красного) фотона и на срабатывание и выбор ГСЧ, определяющий какой вариант теста этому красному фотону предстоит.qbertych
11.06.2015 13:56Спорное утверждение. Импульс лазера как раз не запускает, а останавливает генератор (точнее, выбирает конкретный момент времени). Сам генератор от импульса лазера не зависим. Более того, генератор — это просто источник дробового шума, и каждое событие не зависит от предыдущего.
gonzazoid
11.06.2015 13:21нет, не достаточно. Если случайное число зависит от прошлого — то это канал передачи информации и мы не можем утверждать, что ЛЮБОЕ решение, завязанное на это число — не имеет причинно-следственной связи с прошлым. А значит факт влияния будущего на прошлое может быть обяснен обычной причинно-следственной связью из прошлого в будущее, каналом передачи информации в которой выступает наше якобы случайное число.
mayorovp
11.06.2015 14:46+1Но тогда надо найти объяснение механизму передачи информации сквозь столь «тонкий» канал. Это тоже не просто.
gonzazoid
11.06.2015 16:16совершенно верно! Но! Если не держать этого в голове — получаем ложный выбор. То есть влияние будущего на прошлое может оказаться не нарушением причинно-следственной связи а именно проявлением этого тонкого канала. При том, что я, к примеру, вообще не понимаю, как получить такое случайное число. А без такого числа результаты эксперимента — грязные.
mayorovp
11.06.2015 18:41+1Все эксперименты в физике — грязные. Пора бы и привыкнуть :)
Имеем две гипотезы, объясняющие некоторый эксперимент:
1. фотон получил информацию из будущего;
2. фотон получил информацию через «тайный канал».
Что нам дает первая? Она нам дает новое направление исследований. Механизм получения информации из будущего можно изучить, измерить, описать формулами. Гипотеза вырастет в теорию, теория предскажет результаты других экспериментов, эти другие эксперименты проведут — и теория будет подтверждена либо опровергнута.
Что нам дает вторая? Ничего. Эта гипотеза способна объяснить любой результат последующих экспериментов — а значит, не способна эти результаты предсказать. Это — бесполезная гипотеза.
Разумеется, держать в голове ее надо. Потому что стоит уточнить ее до
2.1 фотон получил информацию через «тайный канал», работающий при помощи механизма А
и мы уже получили нормальную фальсифицируемую гипотезу, с которой можно работать дальше. Проблема только в одном — пока никто не придумал этого самого механизма. И пока его нет — рассматривать гипотезу в качестве научной не стоит.
Приведу аналогию. Когда-то была такая теория, как теория флогистона. Считается, что ее опроверг Ломоносов. Впрочем, на Западе называют другую фамилию, не суть. Но была ли эта теория и правда опровергнута? Если изучить опыт Ломоносова внимательнее, то становится ясно, что он не столько опроверг существование флогистона, сколько доказал, что флогистон имеет отрицательную массу! Могу даже назвать молярную массу флогистона с высоты современных познаний — минус 32 грамма на моль :)
Почему же от этой теории отказались? Потому что она ничего не могла предсказать, а только объясняла уже проведенные эксперименты.
PS но, разумеется, не следует забывать и про следующую гипотезу:
3. фотону не обязательно получать информацию извне, чтобы вести себя описанным в эксперименте образомgonzazoid
11.06.2015 18:52согласен практически полностью со всем сказанным. Но!
>Гипотеза вырастет в теорию, теория предскажет результаты других экспериментов, эти другие эксперименты проведут — и теория будет подтверждена либо опровергнута.
Что делать, когда теория 1 будет опровергнута? Возвращаться к теории 2? И насчет того, что она дает. Она дает предположение о том что существует скрытый канал. Не больше и не меньше. Каков механизм этого канала, существует ли он на самом деле, как и когда он проявляется — это вопрос других гипотез и экспериментов. Никого вроде не смущает существование такого канала у запутанных частиц, разве нет?mayorovp
11.06.2015 18:55+1Что делать, когда теория 1 будет опровергнута?
Придумывать новую. Физики уже привыкли :)
Никого вроде не смущает существование такого канала у запутанных частиц, разве нет?
Нет, не смущает — потому что никакого канала нет. Запутанные частицы — это на самом деле одна частица в 6ти-мерном пространстве.gonzazoid
11.06.2015 20:26что то мы похоже друг друга не вполне понимаем. Частица в шести мерном пространстве — не более чем абстракция. Как оно там на самом деле — неизвестно. И эта абстракция в виде дополнительных размерностей — не что иное как скрытый канал. Канал, потому что очевидно что идет движение информации, скрытый — потому что неизвестна механика его работы.
VenomBlood
12.06.2015 01:26Запутанные частицы — это на самом деле одна частица в 6ти-мерном пространстве.
Я не буду просить даже доказательств 6и измерений и того что это 1 частица, но спрошу более простой вопрос: как в 6 (да хоть в N) измерениях частицы реагируют мгновенно? Вообще наличие хитросплетенных измерений, которые напрямую соединяют различные точки нашего 3-1 пространства-времени — не менее (а может и более) экзотично, чем пресловутый «spooky action at a distance». Еще более экзотическими эти измреения делает то, что почему-то подобный механизм запутанных частиц (если он правда реализован через дополнительные измерения) не позволяет передавать информацию (по крайней мере в соответствии с текущим представлением о квантовой механике).
bolnikh
11.06.2015 13:41Может я не до конца понял. Эксперимент состоял в том, что мы или смотрели интерференционную картину на стене или определяли положение частицы с помощью телескопа.
С моей точки зрения нет никакого влияния будущего на прошлое, ведь то, что мы увидим определяется в момент эксперимента, что измеряем, то и получаем.
Можно ввести такую аналогию. Вселенная это эмуляция на суперкомпьютере. По возможности компьютер использует отложенные вычисления — то есть пока не надо определять координаты частицы, они не определяются, когда же надо определить координаты, то они вычисляются случайным образом на основе вероятностной волновой функции (вероятности нахождения где-либо). Только и всего.
Есть стенка — вычисляем по одной волновой функции, есть телескоп — по другой. Пока частица ни с чем не взаимодействует — она волна, как только идет взаимодействие — вычисляем координаты — это частица.
AndrewMayorov
11.06.2015 14:43Вот и мне показалось, что это очевидный вывод. Срочно в номер — «Австралийские ученые доказали, что мы живем в Матрице». :)
MikhailAmelkin
19.06.2015 13:59Я вот тоже по-ламерски не понял, в чем парадокс. Что мешает волновой функции системы схлопнуться ПОСЛЕ прохождения щели, т.е. в момент детектирования, а до этого быть в обоих состояниях? Иначе можно придумать, например, «Сверхновую Шрёдингера». Например, представим, что взрыв сверхновой инициируется случайным квантовым процессом, а единственный наблюдатель во Вселенной находится на расстоянии от звезды в 100 световых лет. Взорвалась ли звезда он узнает только через 100 лет после взрыва. Это же не значит, что его измерение «передалось в прошлое» на 100 лет назад? Видимо, все 100 лет существовала волновая функция в 2х состояниях, которая схлопнулась только в момент измерения.
И еще один ламерский вопрос — если за схлопывание ВФ отвечает сам факт извлечения или испускания информации, то не значит ли это, что уравнения Дирака и Шредингера должны содержать член, отвечающий за информацию о системе?mayorovp
20.06.2015 10:52Почти. Полное уравнение Шредингера для вселенной в многомировой интерпретации содержит, в том числе, состояние самого наблюдателя — в которое входит, в том числе и известная ему информация о системе.
Eol
20.06.2015 13:50А можно поподробней, когда это в разных интерпретациях начали свои уравнения писать?
mayorovp
20.06.2015 14:12Уравнение одно. Переменные разные.
Eol
20.06.2015 14:23Ну, полное гильбертово пространство вне зависимости от интерпретации должно в себя включать абсолютно все степени свободы вселенной — систему, наблюдателя, измерительную установку, и т.п — а соответствующий гамильтониан должен описывать взаимодействие между ними всеми. Любой иной подход является приближением, которое основывается на тех или иных предположениях, вроде замкнутости системы, или «классичности» наблюдателя.
Вопрос в том, при чём тут многомировая интерпретация?mayorovp
20.06.2015 14:37«Полное гильбертово пространство» существует лишь в многомировой интерпретации.
Eol
20.06.2015 20:46Как же так? Гильбертово пространство, гамильтониан, уравнение движения — это вещи, которые отношения к интерпретации не имеют, в любой интерпретации можно рассмотреть любое пространство с любым гамильтонианом, а УШ будет у всех один и тот-же. Различие возникает, когда мы начинаем думать над тем, что же такое «измерение», «редукция», «коллапс» и пр. Разве нет?
Ну или поясните, что подразумевается под многомировой интерпретацией. На википедии вон вообще пишут о её нефальсифицируемости, и тогда получается, что она вообще ничего не объясняет и толку в ней немного.mayorovp
20.06.2015 21:29Копенгагенская интерпретация отличаются от многомировой прежде всего тем, что первая не рассматривает Наблюдателя в качестве квантового объекта — а вторая рассматривает. Поэтому гильбертово пространство строится в них несколько по-разному.
Различие в понятиях «измерение», «редукция» и «коллапс» — это уже следствие различий в построении пространства.Eol
20.06.2015 21:37Ну в такой формулировке это звучит разумно и последовательно.
А где в этом «множество миров»? И зачем они нужны?mayorovp
21.06.2015 20:56Рассмотрим эксперимент с котом Шредингера. С точки зрения многомировой интерпретации, кот в этом эксперименте и правда находится в суперпозиции состояний «жив» и «мертв», причем не только до открытия коробки — но и после.
Но это не означает, что на планете теперь находится особый квантовый кот — нет, он обычный. Но все, кто его встречают, также переходят в суперпозицию состояний, причем становятся запутанными с котом.
Так, лаборант после открытия коробки находится в суперпозиции состояний «увидел живого кота» и «увидел мертвого кота» — причем интеграл от их общей волновой функции в областях «кот жив, но лаборант увидел мертвого кота» и «кот мертв, но лаборант увидел живого кота» пренебрежимо мал.
Набор таких состояний и образует мир: после данного эксперимента у нас есть два мира — в одном мире кот жив и лаборант видит живого кота — в другом же мире кот мертв и лаборант видит мертвого кота. Разумеется, разделение на миры относительно и зависит от того, какой объект мы выбрали в качестве Наблюдателя. Так, с точки зрения кота миры «разошлись» задолго до открытия коробки — для лаборанта же миры разошлись в момент ее открытия.
CENTUR10N
11.06.2015 14:45Одному мне кажется, что ситуация с наблюдателем напоминает оптимизацию в программах? Если что-то не видно (за чем-то в сцене не наблюдают), то это можно не рендерить или просчитать по более простой формуле. Мы все живем в крутом симуляторе!
Edit: Почитал комены — не одному мне так кажется, значит все в порядке со мной, но не с симулятором )
zviryatko
12.06.2015 01:18У меня есть любимая ситуацию с пешеходным переходом: когда идешь далеко от него то машин нет, а когда подходишь близко чтобы перейти дорогу то уже пробка собралась.
VenomBlood
12.06.2015 01:38+2Нет выделенного «наблюдателя». Т.е. вот для бедной котейки — атом «рендерится» вполне четко, а для внешнего наблюдателя оно «не рендерится» пока коробку не открыли. Для наблюдателя вне здания с коробкой «не рендерится» пока лаборант не запостил в твиттер фото котейки.
С другой стороны, например, подобный рендеринг может быть не признаком симуляции (советую), а следствием какого-нибудь многомирового аналога (предположим что эта интерпритация верна) термодинамического равновесия, пытающегося локально «слепливать» изолированные с точки зрения наблюдений поверхности пространства-времени между несколькими мирами.
Tenphi
17.06.2015 15:26Обязательно найду время почитать комментарии, но пока выскажу своё мнение.
Если допустить, что время это лишь одно из измерений пространства, которое мы воспринимаем столь интересным образом, то «изменение» свойств некоего кванта на основании его «будущего» состояния не выглядит таким уж странным, ведь некоторые свойства кванта теоретически могут быть фиксированными в этом измерении. Принцип причинности это кстати не нарушает, так как отсутствует изменение состояния.
EndUser
То есть парадокс уже измерен на макрочастицах типа C70?
Тиотимолин там скоро уже?
Mad__Max
Смотря какой парадокс:
зависимость квантового поведения (как частица или как волна) от наблюдателя — да, на макрочастицах типа фуллерена
потенциальное влияние будущего на прошлое — пока только на фотонах и вот сейчас в последней работе на атомах гелия
Единственное непонятно как эксперимент был поставлен — судя по описанию решение о том будет экран убран или оставлен, должно приниматься уже после прохождения фотоном препятствия с щелями — иначе никакого «влияния из будущего» нет, а есть только «эффект наблюдателя».
Тогда счет времени на принятие решения (даже если этим занимается простейший генератор случайных чисел выкидывающий 0 или 1) и на убирание экрана (если выпала 1) идет на наносекунды — т.к. фотон после прохождения к щели летит к экрану со скоростью света.
Современные технологии ИМХО не позволяют делать это так быстро: сгенерировать случайное число + в зависимости от его значения переместить что-то пускай даже очень маленькое механически(физически убрать экран или повернуть зеркало чтобы его перенаправить на один из двух приемников) или например изменить прозрачность какого-то материала(выбирать будет экран прозрачным или непрозрачным).
a5b
> в зависимости от его значения переместить что-то пускай даже очень маленькое механически(физически убрать экран или повернуть зеркало чтобы его перенаправить на один из двух приемников)
Скорость света успешно измеряли механическим прибором (в 19 веке, Fizeau).
В обсуждаемой работе — www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3343.html Wheeler's delayed-choice gedanken experiment with a single atom. A. G. Manning, R. I. Khakimov, R. G. Dall, A. G. Truscott // Nature Physics (2015) doi:10.1038/nphys3343 Published online 25 May 2015 (Corrected online 03 June 2015) проведен эксперимент с атомами. Доступна для просмотра схема оптического и атомного эксперимента: www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/fig_tab/nphys3343_F1.html
В атомарном эксперименте — генератор случайных чисел определял, попадет ли импульс лазера на пролетающий атом.
Оптический эксперимент был описан в статье Jacques, V. et al. Experimental realization of Wheeler’s delayed-choice gedanken experiment. Science 315, 966–968 (2007). DOI: 10.1126/science.1136303 www.sciencemag.org/content/315/5814/966.figures-only (Препринт arXiv:quant-ph/0610241). В установке путь фотонов после щелей составлял 48 метров, что давало 160 наносекунд. За это время они успевали изменить управляющее напряжение на электрооптическом модуляторе на базе KDP («A binary random number 0 or 1, generated by the QRNG, drives the EOM voltage between V = 0 and V = V? within 40 ns, after an electronic delay of 80 ns. Two synchronized signals from the clock are used to trigger the single-photon emission and the QNRG.»)
Mad__Max
Ну про давнее определение скорости света в курсе конечно, но там его определяли косвенно и гоняя свет на расстовния в многие километры по несколько раз (отражениями), чтобы получить достаточно большую задержку которую уже можно измерить.
А тут речь о компактной лабораторной установке, однократном проходе света и не измерении задержки (что намного проще — просто изменить некое действие) а скорости реакции на какое-то событие, т.е. не пассивное наблюдение, а активные скоростные действия.
Впрочем судя по этому описанию установка была не такой уж и компактной — только расстояние между «щелями» и «экраном» было 48 метров, что дает 160нс задержки. Такое уже в принципе по плечу простой сверхскоростной электронике.
Но прочитав эксперимент могу сказать: нас накололи! Расходимся.
Никакого будущего тут доказано не было — эксперимент не чисто поставлен:
— никаких щелей тут вообще не было, какие-то сложные игры с поляризацией света вместо этого, в частности наложение (и возможная интерференция) путей прохождения света происходит уже после выбора одного из 2х вариантов эксперимента, тут только деление 1 исходного луча на 2 идет до этого выбора. Делается вывод что выбор частица/волна делается только в момент разделения, но вообще никак не обосновано то, почему такой выбор не может происходить позже при последующих играх с поляризацией внутри детектора — может волновые свойства проявились уже там, а до детектора фотон летел как классическая частица? Ну или наоборот — дистанцию 48 метров свет всегда проходит как волна (условно по 2м путям одновременно), а то как он проявит себя в детекторе (как волна или частица) зависят от того как пытались воздействовать на его поляризацию и сдвиг фазы уже внутри самого детектора после выбора варианта.
— генератор случайных чисел и механизм выбора модели конкретного взаимодействия запускается одновременно и тем же устройством, что и выпуск тестового фотона. Т.е. по факту выбор вообще делается не после пролета через щели (которых кстати тут и вообще не было) как заявлено, а еще в момент вылета фотона, т.к. то число что выдаст ГСЧ зависит не только от поставщика «шума», но и от выбора конкретного момента замера уровня этого шума — а момент задается тем же устройством что выпускает тестовый фотон и происходит это еще до того как фотону придется «решать» вести себя как частица или волна. Причем это минимум имеющегося влияние — сам пришедший внешний электрический сигнал может влиять и на результат измерений.
Понятно что 2е сделано для удобства синхронизации процессов, но этим сразу всю суть эксперимента испортили — устройство запускающее фотоны влияет(без всяких «путешествий во времени») и на вариант работы детектора который предстоит пройти этому фотону в последующем.
Нормальный (проверочный) эксперимент состоял бы в использовании 2х полностью независимых генераторов управляющих по отдельности источником фотонов и выбором варианта приемника (с детектором того по какому из путей прошел фотон или без него).
Это испортит синхронизацию, но это не проблема — достаточно писать в логи время всех событий с максимальной доступной точностью, а потом разобрав статистику уже после эксперимента разделить события на 3 группы:
1 — где сигнал ГСЧ на выбор варианта детектора проходил уже после испускания фотона, но еще до прохождения им места где возможно разделение на 2 луча.
2 — где этот сигнал проходит уже после прохождения фотоном точки разделения, но до попадания в детектор
3 — события где сигнал на выбор варианта проходит до или в момента испускания фотона или уже после того как он входит в детектор (или был настолько к нему близок, что электроника не успевала закончить переключение между 2 вариантами) — отбросить как не значимый шум
И потом сравнив группу событий 1 и группу событий 2 можно было делать какие-то выводы.
P.S.
Про влияние будущего на прошлое вообще только журналисты придумали. Ученые только доказали (по их мнению), что если «эффект наблюдателя» распространяется не выше скорости света, тогда значит есть влияние наблюдения на прошлое. Но то что этот виртуальный эффект ограничен скоростью света тоже не доказано. Наоборот разные квантовые эксперименты например с квантовой «запутанностью», говорят о том что он вероятно действует мгновенно (или по крайней мере с превышением скорости света) — т.к. это не материальное взаимодействие(оно не переносит ни вещество, ни энергию, а перенос хотя бы информации под вопросом)
Но даже такой «мягкий» вывод «если… то» сомнителен — т.к. результаты можно объяснить и проще простыми зависимостями будущего от прошлого и взаимодействиями ниже скорости света.
sunnybear
тут, скорее, не зависимость будущего от прошлого, а полный дуализм частиц — все время, пока они как частицы живут. Т.е. даже после пролета щелей дуализм сохраняется и нарушается в момент сбора информации — в зависимости от того, какую информацию мы хотим получить.
vanxant
Тут гелий, он не обязан летать со скоростью света.
Yuuri
Более того – обязан не летать.
mat300
| Современные технологии ИМХО не позволяют делать это так быстро: сгенерировать случайное число + в зависимости от его значения
| переместить что-то пускай даже очень маленькое механически(физически убрать экран или повернуть зеркало чтобы его перенаправить на
| один из двух приемников) или например изменить прозрачность какого-то материала(выбирать будет экран прозрачным или непрозрачным).
Сказано же, что:
«вместо препятствия со щелями и экрана они использовали сетки, созданные при помощи лазерных лучей»
Т.е. экран — это сетка из лучей — ничего физически не двигается. Только вкл/выкл.
Mad__Max
Я про первый опыт (с фотонами), во 2м где атомы гелия экрана нет вовсе.
Но со 2й новейшей работой в оригинале пока ознакомиться возможности нет (там платная подписка), а что-то такое сложное и неоднозначное воспринимать и обсуждать на основе упрощенного и дважды перевранного журналистами изложения — это себя не уважать. Так что все что я тут писал относилось только к первому эксперименту с фотонами и экраном.
Впрочем после внимательного чтения оригинала той научной стать и ее детального разбора выяснилось, что и в том эксперименте никакого экрана тоже не было. Он был только в старом мысленном эксперименте, который в этих 2 практических работах пытались другими способами лишь имитировать — как раз в виду невозможности так быстро физически двигать экран.
в 1й работе (с фотонами) меняли поляризацию этих фотонов под воздействием на кристалл электрического импульса через который они проходили
во 2й (с атомами гелия) на пролетающие атомы воздействовали импульсами лазера