Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями

Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями

physh.ru

Физики подтвердили существование «неклассических» траекторий в эксперименте с тремя щелями — physħ: Научно–популярный блог физика Артёма Коржиманова.


Международная группа физиков экспериментально подтвердила, что при прохождении фотона через три щели вклад в получаемую в результате интерференционную картину дают и невозможные с точки зрения классической физики траектории. Это открытие подтвердило некорректность широко распространённого наивного понимания принципа квантовой суперпозиции, и, возможно, позволит усилить существующие схемы работы квантовых компьютеров.

Эксперимент с двумя щелями демонстрирует одно из центральных понятий квантовой физики — квантовую суперпозицию. Принцип квантовой суперпозиции утверждает, что если некий квантовый объект (например, фотон или электрон) может находиться в неком состоянии 1 и в неком состоянии 2, то он может находиться и в состоянии, которое является в некотором смысле частично и состоянием 1, и состоянием 2, это состояние и называется суперпозицией состояний 1 и 2. В случае с щелями частица может пройти через одну щель, а может через другую, но если обе щели открыты, то частица проходит через обе и оказывается в состоянии суперпозиции «частицы, прошедшей через щель 1» и «частицы, прошедшей через щель 2».

В 2012 году в работе, опубликованной в журнале Physical Review A, авторы обратили внимание, что принцип суперпозиции в этом случае зачастую понимают и даже объясняют в учебниках неправильно. Обычно говорят, что состояние частицы после прохождения двух щелей представляет собой суперпозицию её состояний после прохождения каждой из щелей при закрытой другой щели, однако это не совсем так. Когда открыты обе щели, каждая из них оказывает влияние на другую, и частица, вообще говоря, теперь проходит каждую из щелей не так, как проходила бы её, если бы другая щель была закрыта. И хотя отличие невелико, и его сложно измерить в эксперименте, оно может играть роль, если рассматриваются слабые эффекты. Кроме того, как оказалось, влияние щелей друг на друга можно усилить.

Влияние одной щели на другую на квантовом языке проще объяснять через одно из альтернативных описаний квантовой физики, разработанных всё тем же Ричардом Фейнманом. Согласно его подходу, известному как интегралы по траекториям, при перемещении частицы из одной точки в другую, она проходит сразу по всем возможным траекториям, соединяющим эти точки, но каждая траектория имеет свой «вес». Наибольший вклад дают траектории, близкие к тем, которые предсказывает классическая физика, — именно поэтому квантовые законы в пределе сводятся к классическим. Но и другие траектории тоже важны.

Среди этих траекторий могут быть и такие, которые совершенно невозможны классически. Они, скажем, могут содержать участки, на которых частица движется в обратную сторону. В случае эксперимента с щелями это, например, траектории, которые сначала входят в одну щель, затем проходят через другую, а затем выходят через третью. Именно такие странные траектории и объясняют влияние одной щели на другую, потому что только они отсутствуют, когда одна из щелей закрыта.

Чтобы доказать наличие «неклассических» траекторий, Роберт Бойд с коллегами предложили усилить их влияние за счёт возбуждения так называемых приповерхностных плазмонов. Плазмоны — это связанное состояние фотона и электрона в металле. За счёт них свет оказывается как бы привязанным к поверхности металла и может эффективно распространяться вдоль неё на относительно большие расстояния. Существование плазмонов увеличивает влияние одной щели на другую, и соответственно, «вес» траекторий, идущих от одной щели к другой.

Чтобы наблюдать влияние щелей друг на друга, экспериментаторы предложили провести следующий опыт. Во–первых, использовался источник света, ширина луча которого меньше расстояния между щелями. Им освещалась только одна щель. При этом, согласно наивным представлениям, картина на экране не должна зависеть от того, есть другие щели, кроме освещаемой, или нет — ведь эти щели находятся в тени. И действительно, когда использовался свет с такой поляризацией, что плазмоны возбудиться не могли, на экране наблюдалась небольшая освещённая полоска напротив освещённой щели. Но когда поляризацию меняли, и плазмоны наичнали возбуждаться эффективно, на экране возникала характерная интерференционная картина. Это и доказывает существование «неклассических» траекторий.

Подробнее и с картинками: physħ

Статья в Nature Communications (arxiv)
588
Подписаться на Dirty
Dagvello: смахнул слезу
Очень интересная статья, читать я её, конечно, не буду.
ElGato: Никакой кошки нет, Нео. Это кот, би кэфул)
dmitrykiev: O, a где такое взять?
2ck: В оригинале — кошка. Пруфы лень искать, но точно помню.
Хотя с этой квантовой запутанностью.. яйца то появляются, то пропадают.
ElGato: Шрёдингер уже устал в гробу вертеться. Харе!
ElGato: Не переживай, если пораскинуть мозгами получается, что кошка может быть в промежуточной позиции между жизнью и смертью. Все мы знаем, что у кошки 9 жизней, это значит у неё есть 9 попыток пойти по неклассической траектории своего жизненного пути. Кароче если положить ей в коробку валерьянки, то можно с уверенностью сказать что ей практическив любом случае сейчас по кайфу. "УЧЕНЫЕ БЫЛИ ШОКИРОВАНЫ, КОГДА СЛУЧАЙНО ДОКАЗАЛИ СУЩЕСТВОВАНИЕ РАЯ!"
Они, скажем, могут содержать участки, на которых частица движется в обратную сторону. В случае эксперимента с щелями это, например, траектории, которые сначала входят в одну щель, затем проходят через другую, а затем выходят через третью.

В порядке бреда — по траекториям частиц можно описать четырехмерную модель щелей. А "суперпозиция" возникает при проекции этих траекторий на трехмерную.
Картинка из поста наводит на эту антинаучную мысль. При проекции траекторий из трехмерной модели в двумерную, могут возникать очень похожие артефакты, так же необъяснимые с позиции двумерной модели.
saintd: Кажется, у вас очень интересная мысль, но я её не совсем понял. Нельзя ли какой–нибудь пример наглядный?
irygaev: Вот пример — две непересекающиеся траектории в трехмерной модели. При проецировании на плоскость, они пересекаются. То есть с позиции плоскости — они пересекаются. Однако если есть подтверждение, что траектории не могут пересекаться (например, следуя законам, работающим в 2D пространстве, траектории должны измениться или должна выделиться энергия, например), то наблюдателю из двумерного пространства необходимо будет объяснить это загадочное явление в рамках законов, работающих в 2D. Тогда и нужно будет ввести понятие навроде "суперпозиции".

676x405 px
saintd: Да, но для примера из статьи, кажется, это не очень подходит. Ведь проекция четырёхмерной прямой на трёхмерное пространство не может быть такой петлёй?
irygaev: Мы ведь не знаем прямая ли в четырехмерном (и как там выглядит прямая), мы лишь наблюдаем из трехмерного проекцию этой траектории.
Ну а применительно к случаю с проецированием из 4D в 3D — мы видим все то многообразие проекций, которые мы называем "суперпозициями" одного состояния.
saintd: дело в том, что в чертырехмерном пространстве можно двигаться назад во времени. это многое объясняет.
saintd: Так это объяснить легко аксонометрией и квадратами
rukarukaL: Да, но не наблюдателю в двумерном пространстве. Для него еще придется объяснить аксонометрию.
saintd: ШСХ, суперпозиция и есть линейная комбинация ортогональных (непересекающихся) состояний.
saintd: То есть мы не понимаем пока, что стоит за понятием "суперпозиция"?
redsnapper: Понятие конечно понимаем, мы же его и ввели для описания того, что не можем объяснить. Но если бы понимали явление, которое объясняем этим понятием, то и не было бы этого поста.
saintd: Как во времена после Ньютона — вроде всё описано, всё работает и понятно. А тут бац — и пипец! Романтика. Я лютый мизантроп, но вот за это люблю некоторых сородичей. Пытливость, беспокойство. Кругом обезьяны за банан дерутся, а одна смотрит в небо и думает.
saintd: это определённо лучший тред в science за долгое время
saintd: Бяка в том, что траектории мы тоже не видим. Есть наблюдение там и сям. Всё.
А мысль интересная да.
saintd: Может стоит сделать еще одну щель? Тогда всё вернется на круги своя и все успокоятся.
BigRider: Хоть как то прояснилось в эксперименте с 2–мя щелями. Но чёрт возьми, в чем же там эти волны колеблются?
NeByivalyiy: Я, к сожалению, в квантовой механике профан, но такое ощущение, что все эти неопределенности и суперпозиции – всего лишь лучшие из доступных методы для описания того, во что мы принципиально не можем заглянуть из–за своих размеров. А на самом деле там все детерминировано, но такое мелкое, что снаружи не разглядеть и кажется, что всё случайно.
NeByivalyiy: > в чем же там эти волны колеблются?

А ни в чём. Это вообще довольно абстрактные «волны»,хотя бы потому, что корректно описываются только комплексными числами. Вообще, если говорить строго, то надо говорить о «волновых эффектах» — интерференции, дифракции и т. д.
korzhimanov: Простите за глупый, невежественный вопрос, но очень уж хочется задать: электрон это вообще какое–то "облачко", или что? Просто вся вот эта кажущаяся нелогичность, с его состояниями, исходит именно из представления об электроне, как о твёрдой частице. (и вообще известно ли, из чего он состоит?)
Ведь можно же ещё представить электрон, как "чистый заряд", со смещающейся осью некоего "полюса", который при движении меняет траекторию, в зависимости от положения этой оси. (Не совсем корректный пример — пуля со смещённым центром тяжести, она вполне может создавать интерференционный узор без всякой магии.)
Nortentent: Электрон — это электрон. Не облачко и не твёрдая частица. В обыденном нам мире нет адекватных аналогов тому, что такое электрон. Мы только можем как–то пытаться интерпретировать его поведение в привычных терминах, но ни один из них не может в полной мере описать электрон.
korzhimanov: Простите ещё раз, но они же как то его воспроизводят... причём один электрон, а не пучок.
То есть, как я понимаю, электронная пушка стреляет "пучком", как они узнают, что прилетел именно один электрон, а не маленький их пучок?
Nortentent: Один электрон — это определённый квант энергии. Можно подать на пушку ровно столько энергии, чтобы сгенерился ровно один электрон и не больше. Если я правильно понимаю.

Грубо говоря, пушка умеет печь оладушки только строго определённого размера. Она может делать сразу пачку, смотря сколько теста залить. Но она не может сделать полтора оладушка, или один большой, только целое кол–во одинаковых оладушков.
irygaev:
Уточняющий вопрос: Пушка отмеряет именно "природную меру", исходя из физических свойств материи, а не запрограммированную?
И можно ли тут подать на столько малое количество энергии, что электрона не получится?(то есть энергия бы дошла до системы, но электрона бы не получилось)
Nortentent: Я не настоящий сварщик, но, по–моему, ответы да и да.

Правда, это не значит, что "природная мера" — это некоторая константа. Например, фотоны могут быть "любой" энергии, но они будут разной длины волны. Лазер, генерирующий свет определённой длины волны, может посылать его только порциями, энергия которых соответствует одному фотону этой длины волны.

Опять, я возможно, всё неправильно понимаю. Хотелось бы комментариев от более опытных товарищей.
Nortentent: Ненавижу себя за торопливость и сообщение уже никак не стереть...
В общем, там второго абзаца не существует. Это оптическая иллюзия.
BigRider: Так, может какое–то неизмеримое поле не учли? Частица проходит напрямую, а поле взаимодействует с 3–мя щелями... Может быть такое?
BigRider: Емнип, электоны дают интерференционную картинку на двух щелях даже если их пулять по одному, что опровергает теорию пилотных частиц, при всей ее красоте.
muffinz: Не опровергает. Бом же не дурак был, он это учёл.
Тем не менее, теория нелокальна, и это её главный минус
dny: Ну, тут одно из двух — или детерминизм, или локальность. Мне, например, уютнее с нелокальным детерминизмом.
Ну за детерминизмом можно в мультивселенную сходить)
dny: Это вы про Эверетта сейчас? Не понимаю, как можно всерьёз считать это чем–то стоящим (и да, я вижу скобку в конце вашей фразы, это замечание не к вам относится, а вообще).
Ну как бы это всего лишь интерпретация существующего матаппарата, она в отличие от теории стоячих волн, или как оно там называется, не привносит лишних сущностей, так что если вам в жизни не хватает детерменизма, то вай нот
dny: Детерминизма не хватает, но не такой же ценой!
Какой? Многомировая интерпретация — это просто слова и визуальная картинка в голове. А пилотные волны это вполне себе матан, которым пытаются объяснить другой матан (ориджинал квантмех), причём объяснение получается сложнее оригинала, не даёт никакой предсказательной силы, а тупо сводится к этому оригиналу, что как бы ровно противоположно тому, как вообще работает наука, ее? Мы вроде как хотим объяснить мир минимумом допущений. При этом ещё и противоречит принципу локальности, который лежит в основе в том числе и самой КТП. И всё это приносится в жертву некой философской идее. Поэтому, я противник пилотных волн. Сначала должны стоять формулы, а потом уже философские интерпретации этих формул.
dny: В квантовой механике есть серёзная нерешённая проблема — её уравнения не описывают процесс измерения. То есть теория несамосогласована. Это большой косяк, который оправдывает усложнение матана. Теория струн из той же оперы — эта теория сложнее, чем КТП и ОТО в отдельности, зато, возможно, позволит построить теорию квантовой гравитации.

Ну и КТП локальна только в смысле лоренцевской инвариантности, но не в смысле теоремы Белла. В этом смысле, думаю, и теория Бома локальна — но тут я, правда, не уверен: если она нарушает лоренцевскую инвариантность, тогда её место однозначно в топке.
Если рассматривать наблюдателя как часть системы (чем он и является) — то всё согласовано. Правда придётся описывать суперпозицию не только кота, но и самого Шрёдингера и вообще всей вселенной. Но это не проблема теории, это проблема нашей интерпретации, а природу не особо волнует что мы там себе напридумывали. Математически квантмех самосогласован.

Есть разница между усложнением ради объяснения нового феномена и усложнением просто потому что мы хотим видеть мир детерменистичным, что само по себе по сути ничего не значит, это просто слова.

А неравенства Белла нарушаются только если мы считаем наблюдателя "внешним" по отношению к системе. И тут нам приходится либо постулировать, мол вот так оно получается, заткнись и считай, что есть копенгагенская интерпретация in the nutshell, либо перейти к более общей системе, включающей и нас, и небо, и аллаха, что есть многомировая интерпретация. Но это всё вопрос картинки в голове, а не формул.

А можно прикрутить к этому идеально работающему матану пару костылей в виде стоячих волн, кореллирующих запутанные частицы и распространяющихся быстрее света. Нарушает ли это лоренца? Нет. Даёт ли это новые предсказания? Нет. Объясняет ли старые феномены? Нет. Усложняет ли матан? Да. Так зачем оно?
dny: Квантмех математически, конечно же, самосогласован, но он не согласован с физической реальностью, ну или, если хотите, с нашим восприятием этой реальности. Включение наблюдателя в квантовомеханическое рассмотрение просто переносит проблему от прибора к наблюдателю. Избавиться от суперпозиции это не позволяет. В этом и заключается проблема, о которой я (и Бом) говорю.

Многомировая интерпретация ничего в этом смысле не объясняет, поскольку просто постулирует, что наблюдатель по неизвестным причинам «наблюдает» только один из многих параллельных миров. Но почему он не может наблюдать остальные — на этот вопрос она ответа не даёт.

> Усложняет ли матан? Да. Так зачем оно?

Ну так, выбор невелик: или матан усложняем, или философию :)
ну или, если хотите, с нашим восприятием этой реальности
Вот именно. Так может в консерватории что–то поправить? ;)

Избавиться от суперпозиции это не позволяет
А зачем от неё избавляться?

просто постулирует, что наблюдатель по неизвестным причинам «наблюдает» только один из многих параллельных миров. Но почему он не может наблюдать остальные — на этот вопрос она ответа не даёт.
Не так. Наблюдатель наблюдает все миры сразу, будучи частью системы, и при этом сам находится в суперпозиции состояний "открыл коробку и увидел кота живым и обрадовался" / "мёртвым и огорчился" / "не открыл коробку" / "никогда и не рождался". А причина, почему радостный Шрёдингер никогда не взаимодействует с грустным Шрёдингером исключительно в том, что эволюция квантовых систем линейна, все эти версии Шрёдингеров просто накладываются друг на друга как слои фотоплёнки, и это не является каким–то секретом, заслуживающим отдельного объяснения, это прямо следует из самых базовых принципов квантмеха. Если пустить по озеру две волны — они просто пройдут друг сквозь друга, ничего не почуствовав, бо мы их линейно складываем.

Тут надо понимать вот что: никаких "наблюдателей" в природе не существует. И детектор, и кот, и мы с вами, состоим из таких же самых частиц, что и лабораторные. И взаимодействие электрона с электроном никак не меняется от того, что второй электрон — часть детектора. И от того, что мы назовём вот эту большую кучу частиц "макрообъектом", природа вещей не поменяется. Но это квазиклассическое упрощение позволит нам из нашего мирка посчитать вероятность открыть коробку и увидеть кота живым. Ну или мы можем назвать это число "вероятность того, что мы живём в одном мире с живым котом", но это всё вопрос слов и картинок в голове. А то что важно — это какое именно число мы получим. Поэтому копенгагенская интерпретация, будучи воплощением принципа "заткнись и считай" наиболее популярна среди тех, кто реально всё это считает.

Ещё можно это всё представить в виде квантово запутанных подсистем. Любое "измерение" создаёт дополнительное запутывание между системой и "наблюдателем". Подобно тому, как белловская пара частиц находится в состоянии |вверх, вниз> + |вниз, вверх>, так и детектор с частицей вступает в интимную связь типа |прилетело, детектор сработал> + |не прилетело, детектор не сработал>. По мере того, как одни подсистемы взаимодействуют с другими, запутывание распространяется дальше: |прилетело, детектор сработал, кот умер, Шрёдингер огорчился, записал в блокнот результат, мы это прочитали, тоже огорчились, и так далее> плюс та же цепочка событий, только кот жив, а мы со Шрёдингером радуемся. Именно поэтому, кстати, возрастает энтропия, которая в квантмехе ассоциирована именно с запутыванием. И поэтому так сложно провернуть фарш назад. Для этого придётся оживить кота, стереть память Шрёдингеру и так далее.

К чему это я? К тому что природа работает так, как умеет, и ей пофиг, нравится нам это или нет. А нам остаётся восхищаться её невероятной заебатостью, придумать для всего этого наиболее удобный математический аппарат и поменьше слушать всяких философов.
dny: > А причина, почему радостный Шрёдингер никогда не взаимодействует с грустным Шрёдингером исключительно в том, что эволюция квантовых систем линейна, все эти версии Шрёдингеров просто накладываются друг на друга как слои фотоплёнки

Возможно, я чего–то не понимаю, но для меня это пустой набор слов, ничего не объясняющий.

Насколько я понимаю, вы говорите, что я и существую, и нет (потому что наверняка на заре нашей Вселенной была ненулевая вероятность, что наш мир не возникнет), ну или, по крайней мере, я и жив, и мёртв (потому что наверняка случались события, которые могли с ненулевой вероятность привести меня к смерти), но почему я тогда не «чувствую» этих моих других я? Где и когда мы с ними расходимся? Это происходит только в моём сознании, или это происходит объективно вне моего сознания? Если первое — то это какой–то дурацкий солипсизм ничем не лучше какого–нибудь супердетерминизма, а если второе — тогда вопрос, где и как это описывается уравнениями квантмеха.
Возможно, я чего–то не понимаю, но для меня это пустой набор слов, ничего не объясняющий.
Ну звиняйте, я постарался объяснить как умел, вон какую простыню написал.

почему я тогда не «чувствую» этих моих других я
Почему волны на пруду не чувствуют друг друга? То есть, они свободно проходят друг сквозь друга. Ключевое слово здесь "линейность". Если точнее, то если возбудить одну волну и описать её функцией h1(x), а потом взять другую волну и описать её функцией h2(x), то какую функцию мы получим, если возбудим сразу обе волны? Правильно, h1(x) + h2(x). Потому что волны "накладываются" друг на друга. А их функции (волновые, конечно же) — складываются. Это называется суперпозиция двух волн. Вот вы — волна. А ваша альтернативная версия, которая понимает квантовую механику — тоже волна. И вы существуете в одном пруду, но никак друг друга не чувствуете. Объяснить это более популярно — вне моих сил.

Где и когда мы с ними расходимся?
Везде и всегда. Вернее, вы никогда и не встречались. Проще объяснить это на фотоне. Вот есть фотон. Он существует как суперпозиция состояний |фотон тута> + |фотон тама>. То есть это вроде как бы и два фотона, один тута, а другой тама. Прошло немного времени. И первый фотон пролетел немного на север, а второй немного на запад. Совершенно независимо друг от друга. Но при этом фотон–то на самом деле всего один. Что это значит? Это значит, что если вы нашли фотон на западе, то можете быть уверены, что сколько бы вы его не искали на севере — хрен вы там чего найдёте. И наоборот. Потому что север теперь квантово запутан с западом. Это теперь запутанная пара, только не частиц, а участков пространства (да, такое бывает). Но если не лезть в систему своими детекторами — то оба фотона будут жить своей независимой жизнью. По крайней мере, так нам говорит копенгагенская интерпретация. А многомировая просто расширяет эту концепцию на так называемые "макрообъекты", включая экспериментатора, вот и всё. И если в прошлом были моменты, когда две версии фотона находились в одном месте (когда мы его излучали) — то вот и получается, что пути разошлись.

Это происходит только в моём сознании, или это происходит объективно вне моего сознания?
Это происходит на бумаге у теоретика. Потом теоретик несёт бумагу экспериментатору, экспериментатор строит машинку, которая пуляет фотонами, потом всё тщательно измеряет и записывает и говорит: "какой молодец теоретик, всё правильно предсказал, прилетело миллион фотонов на север и два миллиона на запад, совсем как на бумаге". Значит ли это, что картинка в голове у теоретика имеет отношение к реальности? Фиг знает. Зато формулы, которые он написал — стопудняк имеют. А сознание тут вообще ни при чём.

это какой–то дурацкий солипсизм ничем не лучше какого–нибудь супердетерминизма
Ни первое, ни второе не имеет никакого конкретного смысла. Пару слов про детерминизм. Что это такое? Это когда состояние системы в будущем предопределено её состоянием в прошлом. Квантовая механика с этим совершенно согласна. Волновая функция будущего действительно полностью зависит от прошлого. А то что мы её не можем точно померить — так никто и не обещал, что будет легко. Вообще–то об этом ещё Лаплас со своим демоном предупреждал. Когда мы не можем что–то померить — мы называем это "скрытым параметром". Мол, есть какой–то параметр, а чему он равен мы не знаем, это от нас скрыто. В частности, та самая теория пилотных волн — это теория скрытых параметров. Есть якобы какие–то скрытые стоячие волны, от них зависит всё, что мы не можем предсказать. И вроде как всё предопределено, а померить нельзя. Или вот копенгагенская интерпретация. Есть система и есть наблюдатель. Система детерминистична, но когда наблюдатель тыкнет детектором в систему — она как–то там сколлапсирует случайным образом. Как именно? Не знаем, это скрыто. Вот распределение вероятностей, а точно сказать не можем. От чего это зависит? Да фиг знает от какой магии. Назовём её скрытым параметром. Или вот мультивселенная. Есть дофига миров. И в каждом из них по отдельности, и в совокупности, властвует детерминизм. Только вот мы не знаем, в каком из миров мы находимся. Эта информация скрыта. В какой из теорий больше детерминизма? Фиг знает. Пилотная теория выглядит понятнее для любителей порассуждать на досуге о смысле бытия, зато теоретики носом воротят, говорят, лишние параметры не нужны, я и так всё посчитать могу.

где и как это описывается уравнениями квантмеха
Везде и всюду, где встречается запись типа n|a> + m|b> — это следует понимать так: система находится в состоянии a, и одновременно и независимо в состоянии b, или где–то между этих двух состояний, или это две системы в разных мирах, или давайте просто назовём это суперпозицией и сами решайте что это значит. Так вот, наша уютненькая вселенная — это тоже система.
dny: Я, пожалуй, возьму паузу и поразмыслю.
korzhimanov: почему я тогда не «чувствую» этих моих других я?
Например "я" — это на самом деле "супер Я" — совокупность. "супер Я" не ощущает того, что происходит с отдельными его проекциями.
На самом деле, гораздо более интересный и сложный вопрос — почему вообще материя "чувствует" друг дружку. Но мы воспринимаем это как данность, а такой простой концепт, как суперпозиция, будучи естественным положением вещей, сразу вызывает много вопросов.
korzhimanov: А почему именно не опровергает? Просто, как я это вижу, если дифрикцию претерпевает вилоотная волна, а частица все равно частица, то одиночный электрон дифракционной картины не даст. Или как?
muffinz: Так, один электрон ни в каком случае дифракционной картины не даст — оп просто упадёт в какой–то точке экрана. А вот если их по одному напосылать побольше, тогда дифракционная картина и проявится.
korzhimanov: а почему волны оказывают воздействие на электрон, а на экран нет?
NeByivalyiy: Если я правильно понял вопрос, то ответ приблизительно такой: потому что волна и есть электрон. А у экрана там своя волна.
BigRider: А вот траектории капли в видео они — классические? Это важно.
Так может плазмоны и возмущали интерферренционную картину?
michmike: Собственно. Может плазмоны не просто увеличивают вероятность странных траекторий, а являются единственной причиной этих траекторий? Тогда это не квантовый эффект вовсе.
irygaev: Нет, эти траектории есть и в отсутствие плазмонов. В эксперименте их не увидишь, но численное моделирование однозначно говорит, что они есть. Да и из общих теоретических соображений понятно, что они должны быть.
korzhimanov: Возьму более наглядный пример. Допустим мы пуляем не фотоны, а электроны. С ними же тоже интеграл по траекториям должен быть, верно? Допустим большинство электронов попадает в экран, но маленькая часть пролетает мимо справа из–за квантовых эффектов (скажем, чуть дальше мы поставили экран побольше, чтобы их ловить).

А теперь мы добавим магнитное поле, которое утягивает большую часть электронов направо. Можно сказать, что вероятность этой траектории сильно увеличилась. Но при чём тут квантовые эффекты?

Вот и тут у меня закрались сомнения: а не похожий ли это эффект?
irygaev: В некотором смысле похожий, да. Наличие магнитного поля в вашем случае и плазмонов в обсуждаемой статье изменяет фазовые соотношения между различными траекториями, но не привносят новых.

Но тут же немного другое обсуждается — в учебниках обычно неаккуратно пишут, что итоговая волна — сумма волн, прошедших через каждую из щелей при закрытых других. Но если другие щели закрыты, то «неклассических» траекторий нет, и поэтому учебники неправы.
korzhimanov: Разве так пишут в учебниках? Помню эксперимент про корпускулярно–волновой дуализм с электронами. Там самое интересное, что когда в фильтре одна дырочка, то на экране образуется кучка. Когда ставят фильтр со сдвинутой дырочкой, то кучка тоже сдвигается. А когда делают две дырочки — то на экране не две кучки, как было бы при простой сумме предыдущих экспериментов, а "интерференционная картина".
zonk: Всё правильно, а дальше, описывая интерференцию, пишут что–то в духе:

Когда открыта только первая щель, состояние прошедшего электрона описывается волновой функцией ψ₁, когда только вторая — функцией ψ₂, а когда обе — их суммой ψ = ψ₁ + ψ₂. Вот в последнем утверждении и содержится ошибка.
А что кто–то отрицал эти эффекты? Другое дело, что в большинстве случаев, ими можно пренебречь.
dny: Ну да, на это никто и не обращал внимание, пока не захотелось измерить тонкие эффекты. Там по ссылке чуть подробнее написано: работа 2012 года была спровоцирована статьёй 2010 года, в которой пытались найти гипотетическое отклонения от принципа суперпозиции, но как раз не учли эффекта неклассических траекторий. Чувствительность у них, правда, все равно была недостаточной, чтобы это почувствовать.
korzhimanov: Ну так наличие магнитного поля никак не доказывает, что при его отсутствии электроны тоже летят направо из–за квантовых эффектов. Это просто другая причина отклонения электронов в ту же сторону.

Получается и с плазмонами так же — их наличие никак по идее не доказывает, что и при их отсутствии фотоны тоже летают петлями через три щели. А вроде бы пытались доказать/показать именно это.
irygaev: Согласен, что тут многое зависит от того, как преподносить этот результат. На самом деле, ни у кого нет сомнений, что траектории с петлями есть всегда, и в этом смысле результат лучше преподносить как просто идею, как создать интерференционную картину с помощью плазмонов. Но все эти рассуждения о траекториях с петлями имеют определённое методологическое значение, поэтому их и выставляют вперёд.
irygaev: Я бы даже сказал так, если валить потоком фотонов в щель 1, то плазмоновая волна от щели 1 доходит до щелей 2 и 3, где рождает вторичные фотоны, которые и дают интерференционную картинку. Но, если пулять фотоны по одному — вопрос. В оригинальной статье поток?

Ну и еще, скорость распостранения плазмонов должна быть чутка пониже фотонов, т.е. если светить потоком, но импульсами, и время импольса будет короче чем время дохождения плазмона до щели 3, и при этом будет наблюдаться трехщелевая интреференция — тогда да. Если нет то кг/ам.

Ну и, то чувство, когда вроде как ученые не такие дураки, и в то же время кагбэ хм.
muffinz: > В оригинальной статье поток?

Нет, в статье одиночные фотоны.
196x273 px
А потом вдруг окажется, что траектории зависят от последовательности изготовления щелей.
Всегда тяготило это объяснение "проходит через обе щели". При этом, прочитав интегральное объяснение суперпозиции, мне стало в разы понятнее.
Шел черт знает какой год дохождения школьной физики до моих мозгов.
northzen: При этом, прочитав интегральное объяснение суперпозиции, мне стало в разы понятнее.

Как представить 7–мерный куб? Представьте 9–ти мерный и отбросьте 2 измерения.

Интегральное объяснение возможно и понятнее школьного, но это не делает абсолютную понятность происходящего более доступной.
nighteagleowl:
У меня мат. образование, поэтому периодически напрыгивая на физику с его позиций некоторые вещи для себя я все же переоткрываю. Тут же объяснение, как я его понял, строится на распределениях и вероятностях по принципу минимизации проходимого расстояния.
northzen: развивая тему интегралов, правильно ли я понимаю, в "неэксперементальной" ситуации — распространение света безо всяких щелей, по сути, есть интегральная функции всех возможных комбинаций бесконечного количества щелей, что приводит к тому, что на порядки усиливается вес "классических" траекторий, таким образом и приводя к тому, что классические траектории довлеют в простом "неэксперементальном" мире.
Shadan_ogly:
Я не физик, сложно ответить вам на этот вопрос. Такое понимание, думаю, тоже возможно. Просто отметил, что "вариационное" отношение к предметным областям чуть упрощает мое понимание. Здесь один из таких случаев.
northzen: Разве про это в школе рассказывали?
Hepcat: Про Опыт Юнга в школе, вроде, всем рассказывают на физике в старших классах.
"Это и доказывает существование «неклассических» траекторий."
Или наличие неучтенных тонких эффектов. Что само по себе интересно.
Vlad528: Эффект–то совсем не тонкий!
Я так понимаю, что блог physh.ru Вы и ведёте?
crea7or: Ну, да. Сам ведет, сам пиарит.

Но только вот за эту ссылку его можно простить, клевая идея: physħ
sly2m: За что прощать–то, молодец же. В робо–ленте научных блогов он есть, кстати.
crea7or: Ну, фиг знает. Я все еще помню дерти на котором за рекламу своего ресурса выдавали лопатой по лицу. Потом, на новом, улучшенном дерти, с шелковистой монетизацией, это перестало быть моветоном, а через какое–то время уже стало считаться за заслугу.

Сейчас, когда рега снова закрыта — я уж и не знаю, что и как считать.

Банда Йована об'явила о закрытии регистрации и молчок, удалилась на новогодние каникулы. Новых инструкций больше не ппоступало, теперь не совсем понятно кого принято коллективно ненавидеть.

Но вроде бы автор молодец, что я, собственно, и сказал.
sly2m: и совершенно охуенный логотип.
sly2m: Гоу на научную подлепру обсуждать. Тут уже один седой и строгий пришел, а там, сам знаешь, целый выводок пасется.
holytrees: Да у вас там даже матом нельзя разговаривать — как научную дискуссию–то вести без него.
crea7or: Да, это мой блог
500x376 px
Ok, глянул статью — то, что эти ребята делают совершенно несерьезно. Вместо полноценного Максвела берут его скалярное упрощение для случая однородного волновода. Но тогда волновод должен быть циллиндрической формы, а в эксперименте с щелями совсем другая геометрическая конфигурация. Формул относящихся к эксперименту у них вообще нет, что неудивительно. Потому чтоб если бы они их попытались писать, у них бы вышла полная околесица. Поэтому, что там у них происходит в эксперименте, и какие эффекты демонстрирует они и сами не знают. Короче, это полная лажа. Не ведитесь.
michmike: Э–э–э... Картинки 1d и 1e как бы получены из решения полных уравнений Максвелла, там даже метод указан — FDTD. Да, это двумерный расчёт, но для длинных щелей это вполне оправданно. Более полное моделирование проведено ещё в работе 2012 года, на которую они ссылаются.
korzhimanov: Глянул подробнее.

В этой работе написана чушь. Чтобы свести Максвелла к скалярному уравнению Гельмгольца, надо разделить переменные так, что волна будет гармоническая по времени t и переменной z направленной вдоль оси распространения волны ( exp(ikz–iwt) ), в случает плоской волны во всем пространстве или распространняющейся моды вдоль циллиндрического волновода. Такое разделение возможно только в том случае, если параметры среды не зависят от переменной z (ну или хотя бы переодически зависят, хотя уже в этом случае возникают серьезные трудности). Это должен понимать и уметь делать нормальный студент.

Судя потому что эти ребята пишут "Under the scalar wave approximation, the propagation
of light is described by the Helmholtz equation"
формула (4) "subject to the boundary conditions specifying the physical setup", они не понимают вышесказанных вещей. Похоже они просто это приплели для красного словца и в вычислениях его не используют. В любом случае это говорит о степени их образованности.

Далее, судя по картинкам они загоняют Максвелла с непонятно какими начальными условиями, но похоже на плоскую волну, в пакет для численных решений и получают диффракционно–интерферренционную картинку. Такие задачи стандартны в теории рассеяния и изучаются на серьезном уровне уже десятки лет. Естесственно, что ни о какой "суперпозиции" по открытию\закрытию щелей не может быть и речи — это сингулярные возмущения границы, это знает любой математик, которой работал с краевыми задачами. Но этот эффект не имеет отношения к поведению фотонов. Называется "слышал звон, да не понял где он". Более того, поведение отдельных фотонов не описывается классическим Максвеллом, который предназначен для векторных полей, а не волновых функций. Отдельные фотоны описываются уравнением Шреденгера, но в квантовой механике я не силен.

В общем, эти ребята сильно необразованы и тупы чуть более чем полностью.

ЗЫ. Если вышенаписанное вам что–то говорит, то можем продолжить дискуссию, если нет, то и смысла продолжать нет.
michmike: я кончил. нот гей хочу от тебя ребенка
ElGato: Не выйдет, у тебя карма низкая.
michmike: ты реально сам понимаешь, что написал?
тебя надо похитить и открыть портал в ад
ElGato: Абсолютно. Я как раз последние пол–года уравнениями Максвелла стал заниматься. Там наклевывается интересный эффект для волноводов, о котором физики не знают.
michmike: Костюм уже сделал? В Мстители запишешь)?
michmike: Математик скажет физикам что делать. Впервые ли в истории?
Greyknight: Эйнштейн и Максвелл они в первую очередь математиками были. К сожалениею, в моей области это не так часто случается, да и эффект на нобелевку не тянет. Хотя в идеале может удешевить\упростить межконтинентальные кабели связи.
michmike: > Чтобы свести Максвелла к скалярному уравнению Гельмгольца, надо разделить переменные так, что волна будет гармоническая по времени t и переменной z

Вы ошибаетесь. Достаточно, чтобы можно было разделить переменные и убедиться, что отсутствует связь между различными поляризациями. В случае стационарных изотропных сред это всегда выполняется, поэтому уравнения Максвелла в этом случае всегда распадаются на три независимых уравнений Гельмгольца.

> похоже на плоскую волну

Точно не плоскую, потому что она у них освещает только одну щель. Скорее всего гауссов импульс.

> Естесственно, что ни о какой "суперпозиции" по открытию\закрытию щелей не может быть и речи

Конечно, не может. Об этом и работа.

> поведение отдельных фотонов не описывается классическим Максвеллом, который предназначен для векторных полей, а не волновых функций. Отдельные фотоны описываются уравнением Шреденгера

С волновой функцией фотонов ситуация довольно сложная. Строго говоря, им нельзя приписать пространственную волновую функцию, но в некотором смысле её роль выполняет векторный потенциал, поэтому в этом же смысле уравнения Максвелла выполняют для фотонов роль уравнения Шрёдингера.

> В общем, эти ребята сильно необразованы и тупы чуть более чем полностью.

По–моему, образования тут не хватает как раз вам.
korzhimanov: Чёрт, не понимаю, за кого надо болеть!
Hepcat: Товарищ michmike написал чушь. Чтоб в этом убедиться, достаточно открыть вашу любимую книжку и удостовериться, что уравнение Гельмгольца симметрично по всем трем пространственных переменным. Как верно заметил ОП, для этого приближения нужна лишь скалярность поля (грубо говоря, постоянство поляризации), что является довольно хорошим приближением этой задачи.
Единственный интересный вопрос, который он поднял — это классичность эффекта. Для света эффект действительно классический, раз следует из уравнений Максвелла. Для электронов он был бы квантовым, а точнее волновым, и следовал бы из уравнения Шредингера. Стоит отметить, что уравнение Шредингера ни к классическому, ни к квантовому свету отношения не имеет.
Hepcat: я тоже не понимаю нихера, но кажется это лучший тред на science за долгое время!
smartov: Это все потому, что с волновой функцией фотонов ситуация довольно сложная.
Ладно, напишу...
Вот вы у меня взяли денег. А я вам не отдаю и говорю — вот вы мне вроде и дали денег, но я вам их не отдам, ситуация тут довольно сложная...
korzhimanov: >Вы ошибаетесь. Достаточно, чтобы можно было разделить переменные и убедиться, что отсутствует связь между различными поляризациями. В случае стационарных изотропных сред это всегда выполняется, поэтому уравнения Максвелла в этом случае всегда распадаются на три независимых уравнений Гельмгольца.

В том–то и дело, что переменные разделить тут не получится. Если пустить ось z перпедикулярно экрану с щелями, то сечение области плоскостью z=const будет сначала вся плоскось xy, потом щели, потом опять плоскость. Если бы это было во всем пространстве то пожалуйста, а тут нет. Можно, конечно не разделять переменные, а просто исключить время и тогда получится уравнение Гельмгольца, но это скорее относится к стоячей волне и к теории рассеяния, а не к фотонам.

>Точно не плоскую, потому что она у них освещает только одну щель. Скорее всего гауссов импульс.

А, ну да, я смотрел на картинку из статьи 2012 года, но сути это не меняет.

>Конечно, не может. Об этом и работа.

Разве работе на анонсируется попытка описания квантовых эффектов поведения отдельных фотонов? По факту там обычная задача теории рассеяния с интересным поведением вектора Пойнтинга в щелях. Но так выглядит картинка стоячей волны ЭМ поля, а что там будет с отдельными фотонами — притянуто за уши, типа как у вас:

>С волновой функцией фотонов ситуация довольно сложная. Строго говоря, им нельзя приписать пространственную волновую функцию, но в некотором смысле её роль выполняет векторный потенциал, поэтому в этом же смысле уравнения Максвелла выполняют для фотонов роль уравнения Шрёдингера.
michmike: Речь про разделение других переменных, t и r. Пространственные не разделяются, разве что размерность вдоль щели можно выбросить вследствие двумерности.
Все неоднородности задачи следуют из неоднородности граничных условий.

В плане классичность вы правы, для света эффект классический. Просто сам подход интегралов по траекториям вырос скорее из квантовой механики для массовых частиц. Дело в том, что уравнение Шредингера близко к волновому уравнения, и в классическом свете наблюдаются эффекты, свойственные квантовым (точнее, волновым) массовым частицами.
coceg: Так тут вроде бы интегралы по траекториям и не используются?
michmike: Для расчетов не используются, но результаты изящно интерпретируются в рамках интегралов по траекториям.

Вообще, сама интерпретация классической квантовой механики (разработанная Фейнманом), несмотря на то, что она очень красивая и понятна на пальцах, для реальных расчетов практически не используется. Сам матаппарат "бесконечномерных" интегралов очень сложен и редко дает аналитические решения.
michmike: @coceg всё верно объяснил. Эффект, конечно, чисто волновой, и наблюдается и для классических волновых объектов, и для квантовых, поэтому теория и там, и там, фактически одинаковая. Ну а в эксперименте использовался источник, испускающий отдельные фотоны. Хотелось бы, конечно, и для электронов что–то подобное сделать, но с трёхщелевым экспериментом почти наверняка не получится — если только какую–то аналогию с трёхуровневыми квантовыми точками придумать.
michmike: сомневаюсь, что найдётся много людей, которые поймут. В массе своей это будет как–то так (осторожно — маты) (как и в моём случае).
crea7or: Вот–вот, у меня сейчас прямо такая реакция на очередную статью, в которой надо разобраться.
michmike: То есть в журнале Nature Commutications с импакт–фактором 11.3 можно опубликовать полную лажу. Ок :)
razar: Выходит, что так. Как бы это не было грустно, но в последнее время я все больше убеждаюсь, что в научном сообществе очень много шарлатанов, безграмотных и полных посредственностей. Я недавно рецензировал одну статейку в физический журнал, далеко не самый плохой (вообще я математик, но так получилось). Рекомендовал отклонить по ряду причин, самая главная из которых это то, что описанные результаты уже давным давно известны. Авторы просто взяли какую–то работу 10–20–летней давности и переписали, причем достаточно криво. Что вы думаете, статью приняли к публикации по рекоммендации двух других рецензентов, очевидно "физиков".
michmike: Не спорю, людей в науке стало гораздо больше, чем раньше. И тут можно только согласиться с тезисом, что посредственностей стало больше. Но и у них есть своя полезная роль, при условии, что они добросовестно выполняют свою работу. А по поводу статьи... потому–то и было выбрано три рецензента (математик, два "физика") плюс editor, чтобы хоть как–то нивелировать human factor при окончательном решении — публиковать или нет.
Nikodim_YAG: Как раз human factor позволил новой статье заиметь неклассическую траекторию (в рамках поста), ведь оригинал должен быть непреодолимым заслоном.
yt369: Все может быть. Пусть другие докажут обратное.
michmike: Ну вот в моей области (я химик, занимаюсь синтезом полимеров и материалами для топливных элементов) обычно все получается так, что хрен опубликуешь статью. Либо редакторам она заранее кажется неинтересной по каким–то собственным причинам, либо уже рецензенты хотят большего количества доказательств и экспериментов. Если посмотреть на опубликованные в крутых журналах статьи, то они часто бывают скучные и бесполезные, но с доказательствами там обычно все ок.
razar: В математике тоже не так просто опубликовать статью в хорошем журнале. А вот в физике, как показывает мой опыт, совсем другая картина. Кстати, пару лет назад обсуждали это явление, когда несколько групп наблюдают за экспериментами, например, на БАК, и как только какая–то непонятная фигня происходит, наперегонки пишут в журналы свои гипотезы, чтобы застолбить место, вдруг их гипотеза подтвердится.
razar: разумеется, главное засрать мозги комиссии по выделению "научных" грандов, что весьма успешно практикуется в "научноисследовательской деятельности" фармакологии! (особенно популистические темы работ — это "борьба" с раком, "продление жизни" и прочая антинаучная ахинея).
michmike: Хорошо быть математиком...
michmike: Роберт Бойд — автор самой классической стандартной книги по нелинейной оптике. Фактически стандарт. Думаю, он верно преобразования УМ.
— согласен, а в чем прикол?
— да ни в чем, это просто хорошая идея для принта на футболку
ElGato: ну это относительно
We Need To Go Deeper. а может он вернутся через первую щель? а летать по кругу?
anten: Может, но вклад таких траекторий экспоненциально мал
korzhimanov: Ну, в КЭД такие полеты, к примеру, приводят к необходимости перенормировки.
coceg: Да, но здесь их вклад на порядки меньше — в одной из статей были оценки.
anten: Вернее летать туда–сюда, интерферируя со следом, который оставляет.
Или даже сам с собой, если представить предельную скорость.
Мы тут с ребятами в гараже поймали вторую полуспину этого нейтрино. Требуем выкуп.
zprst: А в ответ нас бомбардируют отрицательными частицами не и ни.
вот еще недавно смотрел.
Когда открыты обе щели, каждая из них оказывает влияние на другую, и частица, вообще говоря, теперь проходит каждую из щелей не так, как проходила бы её, если бы другая щель была закрыта. И хотя отличие невелико, и его сложно измерить в эксперименте
почему не велико? если при открытых щелях пускать по одному фотону через одну щель увидим интерференционное распределение.
"Плазмоны — это связанное состояние фотона и электрона в металле. За счёт них свет оказывается как бы привязанным к поверхности металла и может эффективно распространяться вдоль неё на относительно большие расстояния." — билять, да сделайте щели не в металле и повторите эксперимент!
Pavol: Они вместо этого просто поменяли поляризацию света так, что плазмоны не возбуждались, и картинка пропала. В тексте всё написано же.
в этом посте мало эпичности

1. Как я понимаю, это всё прекрасно вписывается в теорию волны–пилота
2. Независимо от пункта 1, я не понял, откуда берётся понятие "траектории", и откуда берётся вывод, что "кто–то куда–то летит по траектории"
Меня интересует главное — как это повлияет на курс рубля?!
Вряд ли можно будет использовать "неклассические", а я бы сказал "случайные" траектории в Квантовых компах именно из за случайности некоторых траекторий фотоновых частиц (а почему не самих фотонов?), а не строго определённых направлений — как же тогда создавать схемы "програмированния" сигналов, если его прохождение в определённо построенной конструкции будет "случайным", маловероятным? Разве что использовать в программной конструкции "одноруких бандитов" в игорных заведениях Лас вегаса с непредсказуемой вероятностью выиграша.
kosmos9: Они все случайные в некотором смысле, что «классические», что «неклассические»
Чтобы проверить это надо сделать один из туннелей глубже чем другие.

=== === – —
Ну наконец кто–то натянул сову на глобус. Нобелевку ребятам!
А если эксперимент в вакууме провести, всё то же самое будет? То есть вот эти всякие молекулы, летающие в воздухе, они разве не мешают? И как они определяют, что это именно их электрон прилетел, а не чужой?)
А они не пробовали сделать щелевую пластинку из овсяной каши, сыра или спрессованных аквариумных рыбок, например?
фотона? вроде ж успокоились уже с этими фотонами