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Nachdem ich dieses Experiment durchgeführt habe, habe ich saubere Ergebnisse erhalten. Im Wesentlichen wird ein Doppelspalt hergestellt, indem ein Photonenstrahl in den Weg eines Drahtes mit orthogonalen Polarisatoren auf beiden Seiten gelegt wird. Dies zerstört das erwartete Interferenzmuster, da die polarisierten Filter den Weg der Photonen "messen". Wenn man jedoch einen 45-Grad-Polarisator platziert, der es den orthogonalen Lichtwellen ermöglicht, beide durchzulassen, wird das Interferenzmuster wiederhergestellt. Laut Artikel ist dies ein "Quantenlöscher", da die Wellennatur mit den senkrechten Polarisatoren zerstört und anschließend mit dem 45-Grad-Filter wiederhergestellt wurde.
Davon abgesehen verstehe ich auch, dass die klassischen Fresnel-Arago-Gesetze besagen, dass orthogonale Wellen nicht interferieren. Wikipedia erwähnt auch, dass, wenn [Teilchendetektoren an den Schlitzen sind], die Wellenfunktion zusammenbrechen sollte. Es heißt aber auch, dass dieses Experiment nie veröffentlicht wurde. Hier haben wir ein Experiment, das einen "Detektor" an den Schlitzen platziert, und soweit Scientific American sagt, ist es zusammengebrochen und hat sogar die Wellenfunktion wiederhergestellt. Jetzt fallen mir dazu nur 2 Schlussfolgerungen ein:
1) Die Fresnel-Arago-Gesetze waren ein Vorläufer der Quantenmechanik und es gibt keine Interferenz, weil die Informationen in die äußere Umgebung durchgesickert sind. 2) Dies ist ein rein klassisches Experiment und kann als solches erklärt werden
Ist dieses Experiment nur eine Demonstration der klassischen Optik oder hat es tatsächlich eine Quantennatur? Ich frage mich auch, ob Fresnel und Arago eine Erklärung für die Natur orthogonaler Lichtwellen hatten oder ob der quantenmechanische Wellenkollaps aufgrund von Beobachtung der einzige Grund ist. Hat jemand Informationen dazu?
Vielen Dank für Ihre Gedanken! Dies ist für ein Science Fair-Projekt für meine High School, daher würde ich es sehr schätzen, da ich nicht mehr weiß, ob ich es als klassische Variante des Doppelspaltexperiments oder als echtes quantenmechanisches Phänomen präsentieren soll.
Dieses Experiment kann innerhalb der klassischen Physik vollständig erklärt werden. Das muss er, denn Laserpointer erzeugen kohärente Zustände , die genau den Vorhersagen der klassischen Elektrodynamik entsprechen. Es ist jedoch eine sehr gute Analogie für die Paradoxien, denen Sie bei einem Quantenlöscher-Experiment mit einem Elektronenstrahl begegnen würden.
Der Grund für die gute Analogie liegt darin, dass das Licht in der klassischen Behandlung durch eine Wellengleichung beschrieben wird, die der Schrödinger-Gleichung für ein einzelnes massives Teilchen sehr ähnlich ist. Somit werden Wellenfunktionen gebeugt, um einzelne Blobs zu erzeugen, wenn ein einzelner Schlitz gegeben ist, und interferieren, um Streifen zu erzeugen, wenn zwei Schlitze gegeben sind. Sie können außerdem zwei verschiedene Wellen in einem einzelnen Teilchen unter Verwendung eines Spin-½-Freiheitsgrads codieren, und zwar auf eine Weise, die genau analog zum Polarisationsfreiheitsgrad einer EM-Welle ist.
Wir finden diese Situation in der klassischen Mechanik nicht paradox, da das Licht, das auf den Bildschirm scheint, nicht als eine Anzahl diskreter „Pakete“ gesehen werden kann und seine Intensität in einem Kontinuum auftritt. Es macht keinen Sinn zu fragen: "Woher kam das Licht, das diesen hellen Saum erzeugt?" weil es aus beiden Schlitzen kommt. Wenn Sie einen Detektor an jedem der Schlitze platzieren, beobachten Sie die Hälfte der Leistung, die durch jeden Schlitz geht. Innerhalb der klassischen Physik geschieht dies unabhängig von der geringen Laserleistung.
Nehmen wir nun an, Sie ersetzen Ihren Laser durch eine Elektronenkanone. Da die Wellenmechanik (weitgehend) gleich bleibt, werden die Interferenzstreifen – oder deren Fehlen – in der Wellenfunktion und damit in der Detektionswahrscheinlichkeit nicht verändert. Elektronen verhalten sich jedoch ziemlich oft wie Teilchen. Bei ausreichend niedrigen Elektronenflüssen messen Sie immer nur Einzelelektronentreffer auf Ihrem Detektor, und Sie können sicherstellen, dass immer nur ein einziges Elektron im Gerät vorhanden ist. Wenn Sie Detektoren direkt hinter den Schlitzen platzieren, tun Sie dies nichtHalbelektronen beobachten. Hier fängt es an, paradox zu werden: Wenn, wenn ich die Spalte beobachte, das Elektron immer nur in einem der beiden ist, wie kommt es dann, dass sich das Interferenzmuster ändert, wenn ich Zugriff auf die „Welche Richtung“-Information habe? Beachten Sie jedoch, dass es diese zusätzliche Partikelschicht ist, die den Quantenradierer seltsam macht.
Was ist schließlich mit Licht? Kann man eine „Quanten“-Version dieses Experiments mit Licht durchführen? Schließlich kommt Licht auch in Photonen, und Sie können Ihren Laser so weit herunterfahren, dass nur einzelne Blitze auf dem Bildschirm angezeigt werden, richtig? Nun, zum einen müssen Sie ein paar Falten ausbügeln. Sie müssen beispielsweise sicherstellen, dass diese einzelnen Blitze tatsächlich eine Eigenschaft des Lichts und nicht des Detektors sind; Es gibt ziemlich vernünftige Modelle , die den photoelektrischen Effekt erklären, indem sie nur die Atome und nicht das Feld quantisieren. Das bedeutet insbesondere, dass Sie Ihren Laser gegen eine Einzelphotonenquelle austauschen müssen, was eine ganz andere Sache ist.
Aber selbst dann reicht das Experiment nicht ganz aus, um ein Paradoxon zu sein. Der Grund dafür ist, dass Photonen nicht wirklich Positionen oder Trajektorien oder gar Wellenfunktionen haben. Es sind Einzelanregungen der entsprechenden klassischen Moden, und die Moden selbst zeigen Interferenz- und Wellenverhalten. (In der Tat sind die Experimente, bei denen Sie Photonen dazu bringen, sich wie Teilchenwellen zu verhalten, ganz anders .) Während Sie also eine Quantenlöscher-Messung mit einzelnen Photonen zusammenstellen können, ist die Situation komplizierter und erfordert eine feinere Analyse.
Die Analyse der Verfügbarkeit oder Nichtverfügbarkeit der Welche-Wege-Informationen und die Auswirkungen auf das Interferenzmuster ist eine reine Quantenanalyse. Nun gibt es verschiedene experimentelle Geräte, um die Richtungsinformationen erscheinen oder verschwinden zu lassen. Sie müssen dafür nicht unbedingt Polarisatoren verwenden (Sie hätten Spiegel, Strahlteiler und Detektoren verwenden können). Auch wenn in diesem speziellen Experiment Polarisatoren verwendet wurden, ist die interessante Analyse keine mögliche klassische Analyse (orthogonale Wellen stören nicht), sondern die Quantenanalyse. Genauer gesagt, in Ihrem Experiment sind die beiden Analysen (klassisch und Quantenanalyse) aufgrund der sehr speziellen experimentellen Geräte korrekt, aber die Fundamentalanalyse ist quantenmechanisch, und die Quantenanalyse wird immer noch wahr sein, falls Sie dies nicht tun.
Ich habe versucht, ein Experiment durchzuführen, um diese Frage mit einem echten Doppelspaltaufbau zu beantworten. Wie erwartet bekam ich keine Doppelspaltinterferenz, als ich die orthogonalen Polarisatoren an Ort und Stelle setzte. Allerdings habe ich Einzelspaltinterferenzen bekommen. Dies wäre vollständig kompatibel mit den klassischen Fresnel-Arago-Gesetzen, da keine Interferenz zwischen den orthogonalen Strahlen auftrat, sondern die Strahlen mit sich selbst interferierten. Andererseits behauptet der Artikel, auf den Sie sich bezogen haben, dass durch die Einführung der Polarisatoren die Wellennatur des Lichts zerstört wurde. Das Vorhandensein der Einzelspaltbeugungsmuster, die aus der Wellennatur des Lichts resultieren, widerspricht dieser Behauptung jedoch eindeutig. Nun, Sie haben dieses Phänomen wahrscheinlich nicht beobachtet, weil Sie keine Schlitze verwendet haben, sondern einen Draht, um die Pfade zu trennen. Wenn Sie einfach einen Draht verwenden, können Sie keine einzelnen Schlitzmuster beobachten. Ich denke also, dass man mit Sicherheit sagen kann, dass der im Artikel von Scientific American beschriebene Aufbau kein Quantenphänomen zeigt.
Benutzer36902
Trimok
Gilles