Nan kè a nan mekanik pwopòsyon

Richard Feynman, youn nan pi gwo fizisyen yo nan XNUMXyèm syèk la, te diskite ke kle nan konpreyansyon mekanik pwopòsyon se "eksperyans nan fant doub". Eksperyans konseptyèlman senp sa a, ki fèt jodi a, ap kontinye bay dekouvèt etonan. Yo montre kouman enkonpatib ak bon sans se mekanik pwopòsyon, ki evantyèlman mennen nan envansyon ki pi enpòtan nan senkant dènye ane yo.

Pou premye fwa li te fè yon eksperyans doub-slit. Thomas Young (1) nan Angletè nan kòmansman diznevyèm syèk la.

Eksperyans Young

Eksperyans lan te itilize pou montre ke limyè se nan yon nati vag epi li pa nan yon nati corpuscular, jan yo te di deja. Isaac Newton. Young jis demontre ke limyè obeyi entèvansyon - yon fenomèn ki se karakteristik ki pi karakteristik (kèlkeswa kalite vag ak mwayen kote li pwopaje). Jodi a, mekanik pwopòsyon rekonsilye de opinyon lojikman kontradiktwa sa yo.

Sonje sans eksperyans doub-fant. Kòm dabitid, mwen vle di yon vag sou sifas dlo a ki gaye konsantrikman alantou kote yo te voye ti wòch la. 

Yon vag fòme pa krèt siksesif ak depresyon ki gaye soti nan pwen an nan twoub, pandan y ap kenbe yon distans konstan ant krèt yo, ki rele longèdonn la. Yon baryè ka mete nan chemen an nan vag la, pou egzanp, nan fòm lan nan yon tablo ak de fant etwat koupe nan ki dlo ka koule lib. Voye yon ti wòch nan dlo a, vag la sispann sou patisyon an - men se pa byen. De nouvo vag konsantrik (2) kounye a pwopaje sou lòt bò patisyon an nan tou de fant yo. Yo sipèpoze youn sou lòt, oswa, jan nou di, entèfere youn ak lòt, kreye yon modèl karakteristik sou sifas la. Nan kote krèt yon vag rankontre krèt yon lòt, dlo a vin pi entansifye, epi kote kre a rankontre fon an, depresyon an vin pi fon.

2. Entèferans vag ki sòti nan de fant.

Nan eksperyans Young a, limyè yon sèl koulè ki emèt nan yon sous pwen pase nan yon dyafram opak ak de fant ak frape ekran an dèyè yo (jodi a nou ta prefere sèvi ak limyè lazè ak yon CCD). Yon imaj entèferans nan yon vag limyè obsève sou ekran an nan fòm lan nan yon seri altènatif limyè ak nwa bann (3). Rezilta sa a te ranfòse kwayans ke limyè te yon vag, anvan dekouvèt nan kòmansman ane XNUMX yo te montre ke limyè te yon vag tou. flux foton se patikil limyè ki pa gen mas repo. Apre sa, li te tounen soti ke misterye a duality vag-patikilpremye dekouvri pou limyè aplike tou nan lòt patikil ki gen mas. Li byento te vin baz pou yon nouvo deskripsyon pwopòsyon mekanik nan mond lan.

3. Vizyon eksperyans Young la

Patikil yo tou entèfere

An 1961, Klaus Jonsson nan University of Tübingen te demontre entèferans nan patikil masiv - elektwon lè l sèvi avèk yon mikwoskòp elèktron. Dis ane pita, twa fizisyen Italyen ki soti nan Inivèsite Bolòy fè yon eksperyans menm jan an entèferans sèl-elektron (lè l sèvi avèk yon sa yo rele biprism olye de yon fant doub). Yo redwi entansite gwo bout bwa elèktron a nan yon valè ki ba ke elektwon yo te pase nan biprism nan youn apre lòt, youn apre lòt. Elektwon sa yo te anrejistre sou yon ekran fliyoresan.

Okòmansman, santye elèktron yo te owaza distribye sou ekran an, men sou tan yo te fòme yon imaj entèferans distenk nan franj entèferans yo. Li sanble enposib ke de elektwon pase nan fant yo nan siksesyon nan diferan moman ta ka entèfere youn ak lòt. Se poutèt sa, nou dwe rekonèt sa yon sèl elèktron entèfere ak tèt li! Men, Lè sa a, elektwon an ta dwe pase nan tou de fant an menm tan an.

Li ka tante gade nan twou a nan ki elektwon an aktyèlman pase. Pita nou pral wè ki jan fè yon obsèvasyon konsa san yo pa deranje mouvman elèktron la. Li sanble ke si nou jwenn enfòmasyon sou sa elèktron la te resevwa, Lè sa a, entèferans la ... ap disparèt! Enfòmasyon "ki jan" detwi entèferans. Èske sa vle di ke prezans yon obsèvatè konsyan enfliyanse kou pwosesis fizik la?

Anvan ou pale sou rezilta yo menm plis etone nan eksperyans doub-fant, mwen pral fè yon ti digression sou gwosè yo nan objè entèfere. Yo te dekouvri entèferans kwantik nan objè mas premye pou elektwon, answit pou patikil ki gen mas ogmante: netwon, pwoton, atòm, epi finalman pou gwo molekil chimik.

Nan 2011, dosye a pou gwosè yon objè te kase, sou ki fenomèn nan entèferans pwopòsyon yo te demontre. Eksperyans lan te pote nan University of Vienna pa yon etidyan doktora nan tan an. Sandra Eibenberger ak asosye li yo. Yo te chwazi yon molekil òganik konplèks ki gen apeprè 5 pwoton, 5 mil netwon ak 5 mil elektwon pou eksperyans lan ak de repo! Nan yon eksperyans trè konplèks, yo te obsève entèferans pwopòsyon gwo molekil sa a.

Sa a konfime kwayans ke Lwa yo nan mekanik pwopòsyon obeyi non sèlman patikil elemantè, men tou, chak objè materyèl. Se sèlman ke objè a pi konplèks, plis li reyaji ak anviwònman an, ki vyole pwopriyete sibtil pwopòsyon li yo ak detwi efè entèferans..

Entanglement kwantik ak polarizasyon limyè

Rezilta ki pi etone nan eksperyans doub-fant yo te soti nan sèvi ak yon metòd espesyal pou swiv foton an, ki pa deranje mouvman li nan okenn fason. Metòd sa a sèvi ak youn nan pi etranj fenomèn pwopòsyon, sa yo rele an entanglement pwopòsyon. Fenomèn sa a te remake tounen nan ane 30 yo pa youn nan kreyatè prensipal yo nan mekanik pwopòsyon, Erwin Schrödinger.

Einstein a ensèten (gade tou 🙂 te rele yo aksyon fantom nan yon distans. Sepandan, sèlman mwatye yon syèk pita yo te reyalize siyifikasyon nan efè sa a, e jodi a li te vin tounen yon sijè nan enterè espesyal nan fizisyen.

Ki sa ki efè sa a sou? Si de patikil ki pwòch youn ak lòt nan yon moman nan tan kominike tèlman fò youn ak lòt ke yo fòme yon kalite "relasyon jimo", Lè sa a, relasyon an pèsiste menm lè patikil yo se dè santèn de kilomèt apa. Lè sa a, patikil yo konpòte kòm yon sistèm sèl. Sa vle di ke lè nou fè yon aksyon sou yon patikil, li imedyatman afekte yon lòt patikil. Sepandan, nan fason sa a nou pa ka transmèt enfòmasyon intemporel sou yon distans.

Yon foton se yon patikil san mas - yon pati elemantè nan limyè, ki se yon onn elektwomayetik. Apre yo fin pase nan yon plak nan kristal ki koresponn lan (yo rele yon polarizateur), limyè a vin lineyèman polarize, i.e. vektè jaden elektrik yon onn elektwomayetik osile nan yon sèten plan. Nan vire, lè yo pase limyè lineyè polarize nan yon plak ki gen yon epesè sèten ki soti nan yon lòt kristal patikilye (sa yo rele plak vag la), li ka konvèti nan limyè sikilè polarize, nan ki vektè jaden elektrik la deplase nan yon hélicoïdal ( nan sens goch oswa envers) mouvman nan direksyon pwopagasyon vag. An konsekans, yon moun ka pale de foton polarize lineyè oswa sikilè.

Eksperyans ak foton konplitché

4a. Yon kristal BBO ki pa lineyè konvèti yon foton ki emèt pa yon lazè agon an de foton konplitché ak mwatye enèji a ak polarizasyon mityèlman pèpandikilè. Foton sa yo gaye nan diferan direksyon epi yo anrejistre pa detektè D1 ak D2, ki konekte pa yon kontwa konyensidans LK. Yo mete yon dyafram ak de fant nan chemen youn nan foton yo. Lè tou de detektè yo anrejistre arive prèske similtane tou de foton yo, siyal la estoke nan memwa aparèy la, ak detektè a D2 etap paralèl ak fant yo. Kantite foton ki depann de pozisyon detektè D2 a, konsa anrejistre, yo montre nan bwat la, ki montre maksimòm ak minimòm, ki endike entèferans.

An 2001, yon gwoup fizisyen brezilyen nan Belo Horizonte te jwe sou gidans Stephen Walborn eksperyans etranj. Otè li yo te itilize pwopriyete yo nan yon kristal espesyal (abreje kòm BBO), ki konvèti yon sèten pati nan foton yo emèt pa yon lazè agon an de foton ak mwatye enèji a. De foton sa yo mele youn ak lòt; lè youn nan yo gen, pou egzanp, polarizasyon orizontal, lòt la gen polarizasyon vètikal. Foton sa yo deplase nan de direksyon diferan epi jwe wòl diferan nan eksperyans ki dekri a.

Youn nan foton nou pral bay non yo kontwòl, ale dirèkteman nan detektè foton D1 (4a). Detektè a anrejistre arive li lè li voye yon siyal elektrik nan yon aparèy ki rele yon kontwa frape. LK Yo pral fè yon eksperyans entèferans sou dezyèm foton an; nou pral rele l foton siyal. Gen yon fant doub nan chemen li yo, ki te swiv pa yon dezyèm detektè foton, D2, yon ti kras pi lwen soti nan sous la foton pase detektè D1. Detektè sa a ka sote nan plas doub la chak fwa li resevwa yon siyal matche nan kontwa an frape. Lè detektè D1 anrejistre yon foton, li voye yon siyal nan kontwa konyensidans lan. Si nan yon moman detektè a D2 tou anrejistre yon foton epi voye yon siyal nan mèt la, Lè sa a, li pral rekonèt ke li soti nan foton konplitché, ak reyalite sa a pral estoke nan memwa a nan aparèy la. Pwosedi sa a eskli anrejistreman foton o aza k ap antre nan detektè a.

Foton anmele pèsiste pou 400 segonn. Apre tan sa a, detektè D2 a deplase pa 1 mm parapò ak pozisyon fant yo, ak konte foton konplitché pran yon lòt 400 segonn. Lè sa a, detektè a ankò deplase pa 1 mm epi pwosedi a repete anpil fwa. Li sanble ke distribisyon an nan kantite foton anrejistre nan fason sa a depann sou pozisyon nan detektè a D2 gen karakteristik maksimòm ak minimòm ki koresponn ak limyè ak fè nwa ak entèferans franj nan eksperyans Young a (4a).

Nou jwenn ankò sa foton sèl ki pase nan fant doub la entèfere youn ak lòt.

Kouman?

Pwochen etap la nan eksperyans la se te detèmine twou nan kote yon foton patikilye te pase san yo pa deranje mouvman li yo. Pwopriyete yo itilize isit la plak vag trimès. Yo te mete yon plak trimès-vag devan chak fant, youn nan yo te chanje polarizasyon lineyè foton ensidan an nan sikilè nan goch, ak lòt la nan polarizasyon sikilè gòch (4b). Li te verifye ke kalite a nan polarizasyon foton pa te afekte kantite foton yo konte. Koulye a, lè w detèmine wotasyon polarizasyon foton an apre li fin pase nan fant yo, li posib pou endike kilès nan yo foton lan pase. Konnen "nan ki direksyon" detwi entèferans.

4b. Lè w mete plak vag trimès (rektang fonse) devan fant yo, yo ka jwenn enfòmasyon "ki fason" epi imaj entèferans lan pral disparèt.

4c. Mete yon polarizè P ki oryante kòmsadwa devan detektè D1 efase enfòmasyon "ki fason" epi retabli entèferans lan.

Aktyèlman, apre yo fin mete kòrèk plak vag yo devan fant yo, distribisyon an te deja obsève nan konte, indicative nan entèferans, disparèt. Bagay ki pi etranj se ke sa rive san patisipasyon yon obsèvatè konsyan ki ka fè mezi ki apwopriye yo! Plasman an sèlman nan plak trimès vag pwodui yon efè anilasyon entèferans.. Se konsa, ki jan foton nan fè konnen ke apre mete plak yo, nou ka detèmine espas sa a nan ki li te pase?

Sepandan, sa a se pa fen etranj la. Koulye a, nou ka retabli entèferans foton siyal san yo pa afekte li dirèkteman. Pou fè sa, nan chemen an nan foton kontwòl la rive nan detektè D1, mete yon polarizateur pou ke li transmèt limyè ak yon polarizasyon ki se yon konbinezon de polarizasyon yo nan tou de foton konplitché (4c). Sa a imedyatman chanje polarite foton siyal la kòmsadwa. Koulye a, li pa posib ankò detèmine ak sètitid ki polarizasyon nan yon ensidan foton sou fant yo, ak nan ki fant foton nan pase. Nan ka sa a, entèferans retabli!

Efase enfòmasyon seleksyon an reta

Eksperyans ki dekri pi wo yo te pote soti nan yon fason ke foton kontwòl la te anrejistre pa detektè D1 a anvan foton siyal la te rive nan detektè D2 a. Efase enfòmasyon an "ki fason" te fèt pa chanje polarizasyon foton kontwòl la anvan foton siyal la rive nan detektè D2. Lè sa a, yon moun ka imajine ke foton nan kontwole te deja di "jimo" li yo ki sa yo dwe fè apre: entèvni oswa ou pa.

Koulye a, nou modifye eksperyans la nan yon fason ke foton kontwòl la frape detektè D1 apre foton siyal la anrejistre nan detektè D2. Pou fè sa, deplase detektè D1 lwen sous foton an. Modèl entèferans lan sanble menm jan ak anvan. Koulye a, ann mete plak trimès-ond devan fant yo pou detèmine ki chemen foton an te pran. Modèl entèferans la disparèt. Apre sa, ann efase "ki fason" enfòmasyon yo lè w mete yon polarizè ki apwopriye oryante devan detektè D1. Modèl entèferans lan parèt ankò! Men, efase a te fè apre foton siyal la te anrejistre pa detektè D2. Ki jan sa posib? Foton nan te dwe okouran de chanjman nan polarite anvan nenpòt enfòmasyon sou li te kapab rive jwenn li.

5. Eksperyans ak yon reyon lazè.

Se sekans natirèl evènman yo ranvèse isit la; efè anvan kòz! Rezilta sa a mine prensip kozalite nan reyalite bò kote nou an. Oswa petèt tan pa enpòtan lè li rive patikil konplitché? Entanglement kwantik vyole prensip la nan lokalite nan fizik klasik, dapre ki yon objè ka sèlman afekte pa anviwònman imedya li yo.

Depi eksperyans brezilyen an, anpil eksperyans menm jan an te fèt, ki konplètman konfime rezilta yo prezante isit la. Nan fen a, lektè a ta renmen eksplike klèman mistè fenomèn sa yo inatandi. Malerezman, sa pa ka fèt. Lojik la nan mekanik pwopòsyon diferan de lojik la nan mond lan nou wè chak jou. Nou dwe aksepte sa a ak imilite epi rejwi nan lefèt ke lwa yo nan mekanik pwopòsyon dekri avèk presizyon fenomèn ki fèt nan mikrokosm la, ki itil yo itilize nan aparèy teknik ki pi avanse.