Эксперимент Уиллера с отложенным выбором - Wheeler's delayed-choice experiment
| Часть цикла статей о |
| Квантовая механика |
|---|
Отложенным выбором эксперимент Уилера на самом деле несколько мысленных экспериментов в квантовой физике , предложенные Уилер , с наиболее заметным среди них появляются в 1978 и 1984. Эти эксперименты предпринимаются попытки решить ли легкие как - то «чувства» экспериментальной установки в два раза - эксперимент со щелью, через который он будет проходить, и подстраивает свое поведение, чтобы соответствовать, принимая соответствующее определенное состояние для него, или остается ли свет в неопределенном состоянии, ни волна, ни частица, пока не будут измерены.
Общее намерение этих нескольких типов экспериментов состоит в том, чтобы сначала сделать что-то, что, согласно некоторым моделям скрытых переменных, заставило бы каждый фотон «решать», будет ли он вести себя как частица или как волна, а затем, прежде чем фотон успел достичь детектирующего устройства, произвести еще одно изменение в системе, из-за которого будет казаться, что фотон «выбрал» противоположное поведение. Некоторые интерпретаторы этих экспериментов утверждают, что фотон либо волна, либо частица, и что он не может быть тем и другим одновременно. Намерение Уиллера состояло в том, чтобы исследовать связанные со временем условия, при которых фотон совершает этот переход между предполагаемыми состояниями бытия. Его работа была плодотворной благодаря множеству разоблачающих экспериментов. Он, возможно, не ожидал возможности того, что другие исследователи склонятся к выводу, что фотон сохраняет как свою «волновую природу», так и «природу частицы» до тех пор, пока он не закончит свою жизнь, например, будучи поглощенным электроном, который приобретает свою энергии и, следовательно, поднимается на орбиталь с более высокой энергией в своем атоме.
Эта линия экспериментов оказалась очень сложной для выполнения, когда она была впервые задумана. Тем не менее, за прошедшие годы он оказался очень ценным, поскольку побудил исследователей обеспечить «все более изощренные демонстрации дуальности одиночных квантов волна-частица». Как объясняет один экспериментатор, «Волна и поведение частицы могут сосуществовать одновременно».
Вступление
« Эксперимент с отложенным выбором Уиллера » относится к серии мысленных экспериментов в квантовой физике , первый из которых был предложен им в 1978 году. Другая известная версия была предложена в 1983 году. Все эти эксперименты пытаются решить одни и те же фундаментальные проблемы квантовой физики. . Многие из них обсуждаются в статье Уиллера «Прошлое» и «Эксперимент с двумя щелями с отложенным выбором» 1978 года, которая была воспроизведена в « Математических основах квантовой теории» А.Р. Марлоу , стр. 9–48.
Согласно принципу дополнительности , можно измерить «частицеобразные» (например, точное местоположение) или «волновые» (например, частота или амплитуда) свойства фотона, но не оба одновременно . Какая характеристика измеряется, зависит от того, используют ли экспериментаторы устройство, предназначенное для наблюдения за частицами или для наблюдения за волнами. Когда это утверждение применяется очень строго, можно утверждать, что, определив тип детектора, можно заставить фотон проявиться только как частица или только как волна. Обнаружение фотона - обычно деструктивный процесс (см. Quantum_nondemolition_measurement для неразрушающих измерений). Например, фотон может быть обнаружен как результат поглощения электроном в фотоумножителе , принимающем его энергию, которая затем используется для запуска каскада событий, вызывающих «щелчок» этого устройства. В случае эксперимента с двойной щелью фотон появляется как сильно локализованная точка в пространстве и времени на экране. Накопление фотонов на экране указывает на то, должен ли фотон пройти через щели как волна или мог пройти как частица. Считается, что фотон путешествовал как волна, если нарастание приводит к типичной интерференционной картине волн (см. Double-slit_experiment # Interference_of_individual_particles для анимации, показывающей нарастание). Однако, если одна из щелей закрыта или два ортогональных поляризатора помещены перед щелями (что делает фотоны, проходящие через разные щели, различимыми), то интерференционная картина не появится, и нарастание может быть объяснено как результат действия фотона. путешествовать как частица.
Квантовая механика предсказывает, что фотон всегда движется как волна, однако может увидеть это предсказание, только обнаружив фотон как частицу. Таким образом, возникает вопрос: может ли фотон решить двигаться как волна или частица в зависимости от экспериментальной установки? И если да, то когда фотон решит, будет ли он путешествовать как волна или как частица? Предположим, что традиционный эксперимент с двумя щелями подготовлен так, что любая из щелей может быть заблокирована. Если обе щели открыты и лазер испускает серию фотонов, то на экране обнаружения быстро появляется интерференционная картина. Интерференционная картина может быть объяснена только как следствие волновых явлений, поэтому экспериментаторы могут сделать вывод, что каждый фотон «решает» двигаться как волна, как только он испускается. Если доступна только одна щель, интерференционной картины не будет, поэтому экспериментаторы могут сделать вывод, что каждый фотон «решает» путешествовать как частица, как только он испускается, даже если движение как волна также правильно предсказывает распределение фотонов. в эксперименте с одной щелью.
Простой интерферометр
Один из способов исследовать вопрос о том, когда фотон решает, действовать ли в эксперименте как волна или как частица, - это использовать метод интерферометра. Вот простая принципиальная схема интерферометра в двух конфигурациях:
Если одиночный фотон испускается во входной порт устройства в нижнем левом углу, он немедленно встречает светоделитель. Из-за равной вероятности передачи или отражения фотон либо продолжит движение прямо, либо будет отражен зеркалом в правом нижнем углу и будет обнаружен детектором в верхней части устройства, либо он будет отражен лучом. -сплиттер, ударьте по зеркалу в верхнем левом углу и войдите в детектор на правом краю устройства. Наблюдая за тем, что фотоны появляются в равных количествах на двух детекторах, экспериментаторы обычно говорят, что каждый фотон вел себя как частица с момента его излучения до момента его обнаружения, прошел один или другой путь, и далее утверждают что его волновая природа не проявляется.
Если устройство изменить так, чтобы второй светоделитель был размещен в верхнем правом углу, то часть лучей с каждого пути будет перемещаться вправо, где они будут объединяться, чтобы показать помехи на экране обнаружения. Экспериментаторы должны объяснить эти явления как следствия волновой природы света. Каждый фотон должен был пройти оба пути как волна, потому что, если бы каждый фотон двигался как частица только по одному пути, то множество фотонов, посланных во время эксперимента, не образовали бы интерференционной картины.
Поскольку больше ничего не изменилось от экспериментальной конфигурации к экспериментальной, и поскольку в первом случае говорят, что фотон «решил» путешествовать как частица, а во втором случае говорят, что он «решил» двигаться как волна, Уиллер хотел знать, можно ли экспериментально определить время, в которое фотон принимает свое «решение». Можно ли позволить фотону пройти через область первого светоделителя, когда во втором положении нет светоделителя, что заставит его «решить» двигаться, а затем быстро позволить второму светоделителю сработать? встал на свой путь? Предположительно перемещаясь как частица до этого момента, сможет ли светоделитель пропустить ее и проявить себя так же, как частица, если бы второго светоделителя не было? Или он будет вести себя так, как будто второй светоделитель всегда был рядом? Проявит ли это интерференционные эффекты? И если он действительно проявлял интерференционные эффекты, то для этого он должен был вернуться во времени и изменить свое «решение» о путешествии как частица на перемещение как волна. Обратите внимание, что Уиллер хотел исследовать несколько гипотетических утверждений, получив объективные данные.
Альберту Эйнштейну не нравились эти возможные следствия квантовой механики. Однако, когда, наконец, были разработаны эксперименты, которые допускали как вариант эксперимента с двумя щелями, так и версию эксперимента с интерферометром, было окончательно показано, что фотон может начать свою жизнь в экспериментальной конфигурации, которая потребовала бы от него демонстрации своей частицы природы. в экспериментальной конфигурации, которая потребовала бы от него демонстрации своей волновой природы, и что в этих экспериментах он всегда будет проявлять свои волновые характеристики, вмешиваясь в себя. Более того, если эксперимент был начат со вторым светоделителем на месте, но его убрали, пока фотон находился в полете, то фотон неизбежно обнаружился бы в детекторе и не проявил бы никаких признаков интерференционных эффектов. Таким образом, наличие или отсутствие второго светоделителя всегда будет определять проявление «волны или частицы». Многие экспериментаторы пришли к интерпретации экспериментальных результатов, согласно которой изменение конечных условий будет задним числом определять, чем фотон «решил» быть, когда он входил в первый светоделитель. Как упоминалось выше, Уиллер отверг эту интерпретацию.
Космический интерферометр
Пытаясь избежать разрушения нормальных представлений о причине и следствии, некоторые теоретики предположили, что информация о том, был ли установлен второй светоделитель, может каким-то образом передаваться от конечной точки экспериментального устройства обратно к фотону в том виде, в котором он был установлен. просто войти в это экспериментальное устройство, что позволит ему принять правильное «решение». Поэтому Уиллер предложил космическую версию своего эксперимента. В этом мысленном эксперименте он спрашивает, что произойдет, если квазар или другая галактика в миллионах или миллиардах световых лет от Земли направит свой свет вокруг промежуточной галактики или скопления галактик, которые будут действовать как гравитационная линза. Фотон, направляющийся точно к Земле, столкнется с искажением пространства в непосредственной близости от промежуточной массивной галактики. В этот момент он должен будет «решить», идти ли одним путем вокруг линзирующей галактики, путешествуя как частица, или идти в обе стороны, путешествуя как волна. Что произойдет, когда фотон попадет в астрономическую обсерваторию на Земле? Благодаря гравитационному линзированию телескопы в обсерватории видят два изображения одного и того же квазара, одно слева от линзирующей галактики, а другое - справа от нее. Если фотон путешествовал как частица и попал в ствол телескопа, нацеленного на левое изображение квазара, он, должно быть, решил путешествовать как частица все эти миллионы лет, по крайней мере, так говорят некоторые экспериментаторы. Этот телескоп указывает неверный путь, чтобы уловить что-либо с другого изображения квазара. Если фотон путешествовал как частица и пошел другим путем, то он будет уловлен только телескопом, направленным на правый «квазар». Итак, миллионы лет назад фотон решил путешествовать в облике частицы и случайно выбрал другой путь. Но теперь экспериментаторы решают попробовать другое. Они направляют выходной сигнал двух телескопов в светоделитель, как показано на диаграмме, и обнаруживают, что один выход очень яркий (что указывает на положительную интерференцию), а другой выходной сигнал по существу равен нулю, что указывает на то, что входящие пары волновых функций имеют самоподавление.
Затем Уиллер играет защитника дьявола и предполагает, что, возможно, получение этих экспериментальных результатов будет означать, что в тот момент, когда астрономы вставили свой светоделитель, фотоны, покинувшие квазар несколько миллионов лет назад, задним числом решили путешествовать как волны, и что когда астрономы решили снова вытащить свой светоделитель, это решение было передано во времени фотонам, которые уходили в прошлое на несколько миллионов лет плюс несколько минут, так что фотоны задним числом решили путешествовать как частицы.
Несколько способов реализации основной идеи Уиллера были воплощены в реальных экспериментах, и они подтверждают вывод, который ожидал Уиллер, - что то, что делается в выходном порте экспериментального устройства до того, как фотон будет обнаружен, будет определять, будет ли он проявлять интерференционные явления или нет. Ретропричинность - это мираж.
Версия с двойной прорезью
Второй вид экспериментов напоминает обычный эксперимент с двумя щелями. Схематическая диаграмма этого эксперимента показывает, что линза на дальней стороне двойных щелей заставляет путь от каждой щели немного отклоняться от другой после того, как они пересекают друг друга довольно близко к этой линзе. В результате две волновые функции для каждого фотона будут находиться в суперпозиции на довольно коротком расстоянии от двойных щелей, и если экран обнаружения предусмотрен в пределах области, в которой волновые функции находятся в суперпозиции, то будут видны интерференционные картины. Нет никакого способа, которым можно было бы определить, что какой-либо данный фотон прибыл из одной или другой двойной щели. Однако, если экран обнаружения удален, волновые функции на каждом пути будут накладываться на области с более низкими и более низкими амплитудами, и их совокупные значения вероятности будут намного меньше, чем неусиленные значения вероятности в центре каждого пути. Когда телескопы нацелены на пересечение центра двух путей, будет почти 50% равная вероятность того, что фотон появится на одном из них. Когда фотон обнаруживается телескопом 1, исследователи могут связать этот фотон с волновой функцией, выходящей из нижней щели. Когда один из них обнаружен в телескопе 2, исследователи могут связать этот фотон с волновой функцией, выходящей из верхней щели. Объяснение, которое поддерживает эту интерпретацию экспериментальных результатов, состоит в том, что фотон вышел из одной из щелей, и это конец материи. Фотон должен был стартовать в лазере, пройти через одну из щелей и прибыть по единственной прямой линии к соответствующему телескопу.
Ретропричинное объяснение, которое Уиллер не принимает, гласит, что при установленном экране обнаружения помехи должны проявляться. Для проявления интерференции из каждой из двух щелей должна выходить световая волна. Следовательно, одиночный фотон, попадая в двухщелевую диафрагму, должен был «решить», что он должен пройти через обе щели, чтобы иметь возможность мешать самому себе на экране обнаружения (не следует ли экран обнаружения располагать перед экраном обнаружения). двойные щели?). Чтобы интерференция не проявлялась, одиночный фотон, попадающий в двухщелевую диафрагму, должен «решить» пройти только через одну щель, потому что это заставит его появиться в камере соответствующего одиночного телескопа.
В этом мысленном эксперименте телескопы всегда присутствуют, но эксперимент может начаться с наличия экрана обнаружения, но затем его можно удалить сразу после того, как фотон покинет двухщелевую диафрагму, или эксперимент может начаться с экрана обнаружения, если он отсутствует, а затем отключается. вставляется сразу после того, как фотон покидает диафрагму. Некоторые теоретики утверждают, что вставка или удаление экрана в разгар эксперимента может заставить фотон задним числом решить пройти через двойные щели как частица, когда он ранее прошел через нее как волна, или наоборот. Уилер не принимает эту интерпретацию.
Эксперимент с двойной щелью, как и другие шесть идеализированных экспериментов (микроскоп, разделенный луч, наклонные зубцы, диаграмма направленности, однофотонная поляризация и поляризация парных фотонов), требует выбора между дополнительными режимами наблюдения. В каждом эксперименте мы находили способ отложить этот выбор типа явления, которое нужно искать, до самой последней стадии развития явления, и это зависит от того, какой тип устройства обнаружения мы затем выберем. Эта задержка не влияет на экспериментальные прогнозы. На этот счет все, что мы находим, было предвосхищено в той одинокой и содержательной фразе Бора: «... это ... не может иметь никакого значения в отношении наблюдаемых эффектов, которые можно получить с помощью определенной экспериментальной установки, будь то наши планы по созданию инструментов или обращению с ними. фиксируются заранее, или мы предпочитаем отложить завершение нашего планирования до более позднего момента, когда частица уже будет перемещаться от одного инструмента к другому ".
Бомовская интерпретация
Один из самых простых способов «разобраться» в парадоксе отложенного выбора - изучить его с помощью бомовской механики . Удивительные последствия первоначального эксперимента с отложенным выбором привели Уиллера к выводу, что «ни одно явление не является феноменом, пока оно не станет наблюдаемым», что является очень радикальной позицией. Как известно, Уиллер сказал, что «прошлое не существует, кроме как записано в настоящем», и что Вселенная не «существует вне зависимости от всех актов наблюдения».
Однако Bohm et al. (1985, Nature vol. 315, pp294–97) показали, что бомовская интерпретация дает прямое объяснение поведения частицы при установке отложенного выбора, не прибегая к столь радикальному объяснению. Подробное обсуждение доступно в статье Бэзила Хили и Каллагана с открытым исходным кодом, в то время как многие квантовые парадоксы, включая отложенный выбор, удобно и компактно обсуждаются в главе 7 книги «Взгляд физика на материю и разум» (PVMM) с использованием обоих методов Бома. и стандартные интерпретации.
В квантовой механике Бома частица подчиняется классической механике, за исключением того, что ее движение происходит под дополнительным влиянием ее квантового потенциала . Фотон или электрон имеют определенную траекторию и проходят через одну или другую из двух щелей, а не через обе, как это происходит в случае классической частицы. Прошлое определяется и остается таким, каким оно было до момента T 1, когда экспериментальная конфигурация для его обнаружения как волны была изменена на конфигурацию обнаружения частицы во время T 2 прибытия . При T 1 , когда экспериментальная установка была изменена, квантовый потенциал Бома изменяется по мере необходимости, и частица классически движется под новым квантовым потенциалом до T 2, когда она обнаруживается как частица. Таким образом, бомовская механика восстанавливает общепринятый взгляд на мир и его прошлое. Прошлое существует как объективная история, которую нельзя изменить задним числом из-за отложенного выбора, вопреки радикальной точке зрения Уиллера.
Считается, что «квантовый потенциал» Q (r, T) действует мгновенно. Но на самом деле изменение экспериментальной установки при T 1 занимает конечное время dT. Первоначальный потенциал. Q (r, T <T 1 ) медленно изменяется в течение интервала времени dT, чтобы стать новым квантовым потенциалом Q (r, T> T 1 ). В упомянутой выше книге PVMM делается важное наблюдение (раздел 6.7.1) о том, что квантовый потенциал содержит информацию о граничных условиях, определяющих систему, и, следовательно, любое изменение экспериментальной установки немедленно распознается квантовым потенциалом и определяет динамика бомовской частицы.
Детали эксперимента
Первоначальное обсуждение Джоном Уилером возможности кванта отложенного выбора появилось в эссе под названием «Закон без закона», которое было опубликовано в книге « Квантовая теория и измерение» , которую он и Войцех Хуберт Зурек отредактировали , стр. 182–213. Он представил свои замечания, повторив спор между Альбертом Эйнштейном, который хотел постижимой реальности, и Нильсом Бором, считавшим, что концепция реальности Эйнштейна слишком ограничена. Уилер указывает, что Эйнштейн и Бор исследовали последствия лабораторного эксперимента, который будет обсуждаться ниже, в котором свет может проникать из одного угла прямоугольной решетки полупрозрачных и полностью посеребренных зеркал в другой угол, а затем может показать себя не только как пройдя половину периметра по единственному пути и затем вышедшего, но также как прошедшего оба пути по периметру и затем «сделавшего выбор» относительно выхода через один порт или другой. Этот результат справедлив не только для лучей света, но и для отдельных фотонов света. Уилер заметил:
Эксперимент в форме интерферометра , обсужденный Эйнштейном и Бором, теоретически может быть использован для исследования того, движется ли фотон иногда по единственному пути, всегда идет двумя путями, а иногда использует только один, или может появиться что-то еще. . Однако было легче сказать: «Во время случайных запусков эксперимента мы вставим второе полупрозрачное зеркало прямо перед тем, как фотон будет рассчитан на то, чтобы попасть туда», чем найти способ сделать такое быстрое подмена. Скорость света слишком велика, чтобы позволить механическому устройству выполнять эту работу, по крайней мере, в пределах лаборатории. Чтобы обойти эту проблему, потребовалось много изобретательности.
После публикации нескольких подтверждающих экспериментов Жак и др. заявили, что их эксперимент полностью следует оригинальной схеме, предложенной Уилером. Их сложный эксперимент основан на интерферометре Маха – Цендера , включающем срабатывающий генератор фотонов N – V центра окраски алмаза, поляризацию и электрооптический модулятор, действующий как переключаемый светоделитель. Измерение в закрытой конфигурации показало интерференцию, в то время как измерение в открытой конфигурации позволило определить путь частицы, что сделало интерференцию невозможной.
Первоначально Эйнштейн утверждал, что в таких экспериментах для одного фотона неразумно перемещаться по двум маршрутам. Уберите наполовину посеребренное зеркало [вверху справа], и вы обнаружите, что один счетчик срабатывает, а другой -. Таким образом, фотон прошел только один путь. Он едет только по одному маршруту. но он путешествует по обоим маршрутам: он путешествует по обоим маршрутам, но движется только по одному маршруту. Какая ерунда! Насколько очевидно несостоятельность квантовой теории!
Интерферометр в лаборатории
Вариант эксперимента с интерферометром Уиллера не мог быть проведен в лаборатории до недавнего времени из-за практических трудностей, связанных с установкой или удалением второго светоделителя в короткий промежуток времени между входом фотона в первый светоделитель и его прибытием на место. предусмотрен второй светоделитель. Эта реализация эксперимента осуществляется путем увеличения длины обоих путей путем вставки длинных отрезков оптоволоконного кабеля. Это значительно увеличивает временной интервал прохождения через устройство. Высокоскоростное переключаемое устройство на одном пути, состоящее из высоковольтного переключателя, ячейки Поккельса и призмы Глана-Томпсона , позволяет отклонить этот путь от его обычного пункта назначения, так что путь фактически заходит в тупик. . При действующем объезде ничто не может достичь ни одного детектора по этому пути, поэтому помехи быть не могут. Когда он выключен, тракт возобновляет свой обычный режим работы и проходит через второй светоделитель, заставляя снова появляться помехи. Эта компоновка фактически не вставляет и не удаляет второй светоделитель, но позволяет переключаться из состояния, в котором возникает интерференция, в состояние, в котором интерференция не может появиться, и делать это в интервале между светом, попадающим в первый луч. -делитель и свет, выходящий из второго светоделителя. Если фотоны «решили» войти в первый светоделитель в виде волн или частиц, они должны были отменить это решение и пройти через систему в другом своем обличье, и они должны были сделать это без какого-либо физического процесса. передается входящим фотонам или первому светоделителю, потому что такая передача будет слишком медленной даже со скоростью света. Интерпретация физических результатов Уилером состояла бы в том, что в одной конфигурации из двух экспериментов одна копия волновой функции входящего фотона принимается с 50% вероятностью на одном или другом детекторах, а в другой конфигурации - две копии волновой функции входящего фотона. волновые функции, распространяясь по разным путям, достигают обоих детекторов, не совпадают по фазе друг с другом и, следовательно, имеют интерференцию. В одном детекторе волновые функции будут синхронизированы друг с другом, и в результате фотон будет иметь 100% вероятность появления в этом детекторе. В другом детекторе волновые функции будут сдвинуты по фазе на 180 °, будут точно компенсировать друг друга, и будет 0% вероятность того, что связанные с ними фотоны появятся в этом детекторе.
Интерферометр в космосе
Космический эксперимент, задуманный Уилером, можно описать либо как аналог эксперимента с интерферометром, либо как аналог эксперимента с двумя щелями. Важно то, что с помощью третьего типа устройств, массивного звездного объекта, действующего как гравитационная линза, фотоны от источника могут приходить двумя путями. В зависимости от того, как расположены разности фаз между парами волновых функций, соответственно могут наблюдаться различные виды интерференционных явлений. Экспериментаторы могут контролировать, объединять ли входящие волновые функции или нет, и как объединять входящие волновые функции. Нет никакой разности фаз, вносимой в волновые функции экспериментальным устройством, как в лабораторных экспериментах с интерферометром, поэтому, несмотря на отсутствие устройства с двойной щелью рядом с источником света, космический эксперимент ближе к эксперименту с двумя щелями. Однако Уиллер планировал провести эксперимент по объединению входящих волновых функций с помощью светоделителя.
Основная трудность в проведении этого эксперимента состоит в том, что экспериментатор не может контролировать или знать, когда каждый фотон начал свой путь к Земле, а экспериментатор не знает длины каждого из двух путей между далеким квазаром. Следовательно, вполне возможно, что две копии одной волновой функции могут прибыть в разное время. Сопоставление их по времени, чтобы они могли взаимодействовать, потребует использования какого-то устройства задержки при первом прибытии. Прежде чем эту задачу можно будет выполнить, необходимо найти способ рассчитать задержку по времени.
Одно из предложений по синхронизации входов с двух концов этого космического экспериментального устройства заключается в характеристиках квазаров и возможности идентификации идентичных событий некоторой характеристики сигнала. Информация от квазаров-близнецов, которую Уилер использовал в качестве основы для своих предположений, достигла Земли с разницей в 14 месяцев. Найти способ удержать квант света в какой-то петле более года будет непросто.
Двойные щели в лаборатории и космосе
Вариант эксперимента с двумя щелями Уиллера устроен так, что один и тот же фотон, выходящий из двух щелей, может быть обнаружен двумя способами. Первый способ позволяет двум путям соединиться, позволяет двум копиям волновой функции перекрываться и показывает интерференцию. Второй способ перемещает дальше от источника фотона в положение, где расстояние между двумя копиями волновой функции слишком велико, чтобы показать эффекты интерференции. Техническая проблема в лаборатории состоит в том, как вставить экран детектора в точку, подходящую для наблюдения за интерференционными эффектами, или удалить этот экран, чтобы открыть детекторы фотонов, которые могут быть ограничены приемом фотонов из узких областей пространства, где находятся щели. Одним из способов решения этой задачи было бы использование недавно разработанных зеркал с электрическим переключением и простое изменение направления двух путей от щелей путем включения или выключения зеркала. По состоянию на начало 2014 года о таком эксперименте не сообщалось.
Космический эксперимент, описанный Уилером, имеет и другие проблемы, но направление копий волновой функции в то или иное место спустя долгое время после того, как задействованный фотон, по-видимому, «решил», быть ли им волной или частицей, вообще не требует большой скорости. У человека есть около миллиарда лет, чтобы выполнить эту работу.
Космическую версию эксперимента с интерферометром можно легко адаптировать для работы в качестве космического устройства с двойной щелью, как показано на иллюстрации. Уилер, похоже, не учел эту возможность. Однако это обсуждалось другими авторами.
Текущие интересующие эксперименты
Первый реальный эксперимент, последовавший за намерением Уиллера о том, чтобы устройство с двумя щелями подвергалось определению метода обнаружения в конце игры, был проведен Уолборном и др.
Исследователи, имевшие доступ к радиотелескопам, изначально предназначенным для исследований SETI , объяснили практические трудности проведения межзвездного эксперимента Уиллера.
Недавний эксперимент Manning et al. подтверждает стандартные предсказания стандартной квантовой механики с атомом гелия.
Выводы
Ma, Zeilinger et al. суммировали то, что можно узнать в результате экспериментов, которые возникли из предложений Уиллера. Они говорят:
Любое объяснение того, что происходит при конкретном индивидуальном наблюдении одного фотона, должно учитывать всю экспериментальную аппаратуру полного квантового состояния, состоящего из обоих фотонов, и оно может иметь смысл только после того, как вся информация, касающаяся дополнительных переменных, будет записана. Наши результаты демонстрируют, что точка зрения, согласно которой фотон системы ведет себя определенно как волна или определенно как частица, требует связи со скоростью, превышающей скорость света. Поскольку это было бы сильным противоречием специальной теории относительности, мы считаем, что от такой точки зрения следует полностью отказаться.
Смотрите также
Библиография
- Жак, Винсент; Wu, E; Гроссханс, Фредерик; Treussart, François; Гранжье, Филипп; Аспект, Ален; Рош, Жан-Франсуа (2007). «Экспериментальная реализация эксперимента Уиллера с отложенным выбором Gedanken». Наука . 315 (5814): 966–8. arXiv : квант-ph / 0610241 . Bibcode : 2007Sci ... 315..966J . DOI : 10.1126 / science.1136303 . PMID 17303748 . S2CID 6086068 .
- Он-лайн библиография, в которой перечислены все работы Уиллера.
- Джон Арчибальд Уиллер, «Прошлое» и «Эксперимент с двумя щелями с отложенным выбором», стр. 9–48, в AR Marlow, редактор, Mathematical Foundations of Quantum Theory , Academic Press (1978)
- Джон Арчибальд Уиллер и Войцех Хуберт Зурек, Квантовая теория и измерения (Принстонская серия по физике)
- Джон Д. Барроу, Пол К. В. Дэвис и младший, Чарльз Л. Харперм Наука и конечная реальность: квантовая теория, космология и сложность ( издательство Кембриджского университета ) 2004 г.
- Сяо-сонг Ма, Йоханнес Кофлер и Антон Цайлингер, gedanken-эксперименты с отложенным выбором и их реализация , arXiv : 1407.2930 , март 2016. Обзорная статья.