Интерференция фотонов или электронов ?

Оказывается, эта картина в точности соответствует тому, что мы ожидали бы, если бы свет состоял из волн,
а не частиц. Волны сталкиваются и мешают друг другу, вызывая рябь. Если вы
бросите два камешка в пруд одновременно, некоторые волны встретятся друг с другом, чтобы
увеличить высоту новой сталкивающейся волны, или одна волна может столкнуться
с впадиной другой, и в этом случае они уравновешиваются, и вода в этом месте становится плоской.

Таким образом, этот результат интерференционной картины начала двадцатого века, который может
быть вызван только волнами, показал физикам, что свет - это волна, или, по крайней мере, он действует
таким образом, когда проводится этот эксперимент. Самое удивительное, что когда
позже были использованы твердые физические тела, такие как электроны, они получили точно такой же
результат. Твердые частицы тоже имеют волновую природу! Итак, с самого начала
эксперимент с двумя щелями дал удивительную информацию о природе реальности.
К сожалению, или к счастью, это была всего лишь закуска. Немногие понимали, что истинная
странность вот - вот будет подана в горячем виде.

Первая странность возникает, когда одновременно через аппарат пропускается только один фотон или электрон
. После того, как достаточное количество пройдено,
индивидуально обнаружено и начинает формироваться шаблон, возникает та же самая интерференционная
схема. Но как это может быть? С чем взаимодействует каждый из этих электронов
или фотонов? Как мы можем получить интерференционную картину, когда
одновременно там находится только один неделимый объект?

На этот вопрос никогда не было удовлетворительного ответа, в котором использовалась бы простая логика
или классическая физика. Поначалу продолжали появляться дикие идеи. Могут ли быть другие
электроны или фотоны “ по соседству ” в параллельной вселенной от другого
экспериментатора, делающего то же самое? Могут ли их электроны мешать
нашим? Это настолько неправдоподобно, что мало кто в это поверил.

Обычных толкований того, почему мы видим интерференционная картина — сейчас
принял довольно универсально — заключается в том, что фотоны или электроны имеют эти два варианта
щелей, когда они сталкиваются с двойными отверстиями, но на самом деле не существуют, как реальные
объекты в реальные места, пока они наблюдали, и они не соблюдаются, пока они не
попали в финал обнаружении барьера. Поэтому, когда они достигают щелей, они проявляют свою
вероятностную свободу выбора обоих вариантов. Даже если реальные электроны или
фотоны неделимы и никогда не расщепляются ни при каких условиях
, они на самом деле не становятся электронами или фотонами, пока их
не наблюдают, — и они достигают этих щелей до того, как их наблюдают.

Таким образом, они существуют как дофотонные или доэлектронные “ волны вероятности ”, и
применяются разные правила. То, что проходит через щель, - это не реальные сущности, а просто
призрачные вероятности. Каждая волна вероятности каждого отдельного фотона интерферирует
сама с собой! Когда пройдено достаточно, мы видим общую интерференционную
картину, когда все вероятности сгущаются в реальные объекты, оказывающие воздействие и
наблюдаемые — в виде волн. Волна вероятности (которую никто не может реально визуализировать) может
можно представить как предшественника или тенденцию к реальному существованию фотона
или электрона, которые никогда не достигают какой - либо реальности как таковые, если их не наблюдать.
Это как будто не существует, но в то же время существует, как и все возможности.

Конечно, это странно, но, по - видимому, так устроена реальность. И это только
самое начало квантовой странности. QT имеет принцип, называемый
взаимодополняемость, которая говорит о том, что мы можем наблюдать объекты как одну вещь или

другой — или иметь ту или иную должность, или собственность, или другое — но никогда и то, и другое. Это
опять же связано со знаменитым принципом неопределенности Гейзенберга, который гласит
, что чем точнее мы определяем один аспект объекта — например, его положение, —
тем менее известным становится его движение. Это зависит от того, что вы ищете,
и какое измерительное оборудование используется. В действительности, сказал Гейзенберг, все
возможности существуют одновременно, пока одна из них не материализуется при
наблюдении.

Предположим, мы хотим знать, через какую щель прошел данный электрон или фотон
на своем пути к барьеру. Это достаточно справедливый вопрос, и его
достаточно легко выяснить. Мы можем использовать поляризованный свет. Это свет, волны которого не
все перемешаны, как обычно, а вместо этого вибрируют либо горизонтально
, либо вертикально. (Их ориентацию также можно медленно поворачивать, но давайте сделаем это как

можно проще и оставим такую мутирующую “ круговую поляризацию ” вне этого
обсуждения.) Свет поляризован по своей природе, когда он отражается, например, поэтому
ваши солнцезащитные очки могут удалять блики от окон или поверхностей океана —
они были обработаны, чтобы блокировать отраженный поляризованный свет. И все же, если вы поднимете
голову, внезапно появятся эти отражения. Таким образом, каждая поляризованная линза установлена под
углом, который позволяет только одному из двух видов фотонов проходить через
зазор, эффективно помечая эти частицы света и давая нам знать, по какому
пути прошел фотон.

Когда используется смесь различных поляризаций, мы получаем тот же результат,
что и раньше. Но теперь давайте определим, через какую щель проходит каждый отдельный фотон
, используя свет либо “ вертикальной ”, либо “ горизонтальной ” поляризации.
Было использовано много различных техник, но не имеет значения, какой метод мы
выберем. Важным моментом является то, что мы используем установку, которая позволяет нам определять
информацию “ в какую сторону ” для каждого электрона или фотона, когда он направляется через один из
промежутков к детектору.

Поэтому мы повторяем эксперимент, посылая фотоны через щели по одному за раз,
за исключением того, что на этот раз мы узнаем, через какую щель проходит каждый фотон. Мы можем получить такие
знания о том, каким образом, поместив поляризационные линзы перед каждым отверстием, как
показано на

Рисунок 6-3

— и съемка скремблированного ансамбля света, содержащего
фотоны, как с горизонтальным, так и с вертикальным выравниванием. Поляризационные линзы действуют

как маркеры или дорожные знаки. Каждая линза блокирует весь свет, за исключением фотонов с
правильной поляризацией. Итак, если у нас есть “ вертикальный ” поляризатор на правой щели, то мы
знаем, что только вертикально поляризованные фотоны могут проникнуть в нее и преодолеть последний
барьер.

Имея объектив перед правым разрезом, ориентированных на одной поляризации и
левой щели охраняемая с противоположной поляризацией, мы узнаем, какой путь каждого
фотона пошел, потому что только “ вверх / вниз ” - ориентированы фотон может проникать право
объектива (скажем) и только “ боком ” фотон может пройти через другую. Короче говоря,
мы получили информацию о том, каким образом.

Удивительно, но теперь результаты резко меняются. Даже несмотря на то, что наш
детектор whichslit, как известно, не изменяет фотоны или электроны, мы больше не получаем
интерференционную картину, наблюдаемую в

Рисунок 6-2.

Теперь результаты внезапно меняются на то, что
мы ожидали бы, если бы фотоны были частицами — масса “ пуль ” попадает на
экран детектора за каждой щелью, как в

Рисунок 6-1.

Волновой рисунок, показывающий

Помехи исчезли.

Рисунок 6-3.