Mit Csinálnak Valójában A Kvantumrészecskék?

Ez az oldalsáv egy olyan csomag része, amely kiegészíti a kvantumtörléssel kapcsolatos történetünket a Scientific American májusi számában.

Az ügyes olvasó észrevehette, hogy a fő cikkben szorgalmasan és kissé sunyi módon kerüljük azt, hogy a zavaró kvantumrészecske valójában egyszerre két helyen van (olyan kifejezéseket használva, mint "látszólag" és "mintha"). Az ilyen legalista hangzású szóhasználat oka az, hogy egyszerűen nem tudjuk, mit csinált a részecske "valójában".

Ha megmérjük, hogy a részecske melyik kétféleképpen ment, akkor csak azt fogjuk megmérni, hogy pontosan az egyik út ment. De hogyan kell értelmeznünk azt a helyzetet, amikor nem végezünk ilyen mérést, és ennek eredményeként interferencia-mintázatba kerülünk? A klasszikus hullám csak akkor képes interferenciát kelteni, ha mindkét irányban haladnak a hullámok. Tehát ez azt jelenti, hogy a részecske valóban mindkét irányba ment? A kvantumelmélet nem árulja el.

Bizonyos szempontból a kvantummechanikai leírás meglehetősen hasonló a zavaró hullámok klasszikus leírásához. A részecskét matematikailag egy speciális kvantumfajta hullám írja le, amelyet hullámfüggvénynek hívnak. Interferencia bekövetkezésekor az egyes részecskék hullámfüggvényei tartalmazzák a részecskéknek az egyes utakon haladó részeket, hasonlóan ahhoz, ahogy egy klasszikus, zavaró hullám részei mindkét irányba haladnak. Sajnos nyolc évtizeddel azután, hogy Erwin Schrdinger bevezette a hullámfunkció gondolatát, a fizikusok még mindig nem értenek egyet az általa leírt fizikai valóság természetével.

A fizikusok teljesen egyetértenek abban, hogy a hullámfunkciókat hogyan kell előre megjósolni a mérések eredményei számára, néha rendkívüli pontossággal és pontossággal. De az, hogy miként kell értelmezni a hullámfüggvény fizikai jelentését a mérése előtt, továbbra is bizonytalan - sőt ellentmondásos - és valószínűleg mindig is így lesz. Ha a hullámfüggvény úgy írja le a részecskét, hogy mindkét irányban szuperpozícióban van, akkor ez azt jelenti, hogy a részecske "valóban" megtörtént? Senki sem tudja.

Például a kvantummechanika úgynevezett koppenhágai értelmezése szerint egyszerűen nem szabad megkérdezni, hogy mi történt egy olyan helyzetben, ahol nem végeztek mérést. A "sok világ" értelmezésében a részecske valóban mindkét irányba ment. Sőt, ez még mindig mindkét irányba ment, még akkor is, ha azt mértük, hogy az univerzum egy adott utat nyitott meg, és az águnkban a részecske egy irányba ment, a másik ágban pedig (aminek egyébként van egy példánya) a másik. És a Bohm-DeBroglie "vezérlő hullám" értelmezésében van egy kvantum hullám, amely mindkét utat járja be, de a zavaró részecske inkább hasonlít egy szörföshöz ezen a hullámon, és egy adott (de ismeretlen) utat választ a réseken keresztül.

Vegye figyelembe, hogy annak ellenére, hogy a "függöny mögött" történtek különböző modellekkel rendelkeznek, mindezek az értelmezések pontosan ugyanazokat az előrejelzéseket teszik a tényleges mérésre. Más szavakkal, nincs kísérleti módszer a megkülönböztetésükre, ezért nincs mód arra, hogy azt hirdessük, hogy az egyik értelmezés "helyes".

Talán ezeknek az értelmezéseknek a nyugtalanító vonásainak köszönhető, hogy Richard Feynman fizikus a kettős résű kísérletet a kvantummechanika igazi rejtélyének nevezte.

Érdekes módon a kvantumszámítás új területén a kvantumfizikusok kevésbé haboznak azt állítani, hogy a kvbitek (kvantumbitek) egyidejűleg "0" és "1" állapotban vannak. Az ilyen állítások teljesen egyenértékűek azzal, hogy egy részecske egyszerre haladt át az egyik, a másik résen.

Több felfedezendő:

• Tekintse meg a kvantum törlés diavetítését működés közben.

• Beszélje meg a kísérletet a blogban.

• Amire szüksége lesz a kísérlethez.

• Mit tesznek a polarizátorok a fotonokkal.

• Hogyan működik a kvantum radír?

• Megjegyzések a polarizáló filmről.

• A kísérlet hibaelhárítása.

• További kísérletek.

• Válasz a nyomtatott kiadásban szereplő 3-polarizáló rejtvényre.

• Hová hullámok? További információ az interferenciáról.

• Élvonalbeli kísérletek: zavaró futballlabdák.

• Késleltetett választási kísérletek.

• Mit csinálnak valójában a kvantumrészecskék?

• Mi törlődik?