Doppelspaltexperiment, bei dem das "Teilchen" eine makroskopische Kapsel mit Menschen darin ist

Question

Doppelspaltexperiment, bei dem das "Teilchen" eine makroskopische Kapsel mit Menschen darin ist

Juggernaut

Ich verstehe, dass das Doppelspaltexperiment (dh die Erzeugung eines Interferenzmusters) auch gilt, wenn das "Teilchen" nicht nur ein einzelnes Teilchen ist, sondern ein beliebiges Objekt, experimentell sogar für ein C60-Molekül nachgewiesen.

Ich frage mich, was die korrekte Interpretation des Doppelspaltexperiments ist, wenn das zu testende Teilchen ein makroskopisches Objekt ist, wie eine Raumkapsel mit Menschen darin.

Ich denke, um das Interferenzmuster zu erhalten, sollte die Kapsel nicht von einem Photon aus der äußeren Umgebung (oder einem anderen Teilchen) getroffen werden. Die Menschen in der Kapsel können also nicht verstehen, durch welchen Schlitz sie gehen, da sie keine Informationen von der Außenwelt erhalten können.

Personen außerhalb der Kapsel können die Kapsel während seines Fluges auch nicht sehen, da sonst die Wellenfunktion der Kapsel auf eine bestimmte Position zusammenbricht.

Ich denke, der Versuchsaufbau würde eine extrem niedrige Temperatur der beteiligten Objekte (zumindest an ihrer Außenfläche) und eine sehr kontrollierte Umgebung erfordern.

Ist diese Deutung richtig?

Sind die Personen in der Kapsel in der Lage, ein internes Experiment durchzuführen, um die Wellenfunktion der Kapsel zum Kollabieren zu bringen (und um Interferenzmuster zu vermeiden, wenn sie auf die letzte Wand treffen?), Auch ohne mit der äußeren Umgebung zu interagieren?

Danke

[Bearbeiten] Danke für eure Antworten. Eigentlich möchte ich meine Frage präzisieren. Ich frage nicht, warum wir normalerweise keine Interferenzmuster auf makroskopischen Objekten sehen. Ich frage mich, was die Interpretation des Interferenzmusters ist, das wir sehen (sehen wir es?), wenn wir ein Experiment mit einem solchen makroskopischen Objekt aufbauen. Offensichtlich ist es ein Gedankenexperiment und es spielt keine Rolle, ob es technisch nicht machbar ist.

In Anbetracht der von Tom vorgeschlagenen Zahlen haben wir zum Beispiel, dass _lambda 4e-38m ist. Wenn nun die Schlitze 10 m breit und 1000 m voneinander entfernt sind, sollte das Interferenzmuster für Winkel von etwa 4e-41 radiant entstehen. Wenn die Wand also etwa 1e45 m entfernt ist (vergessen wir die Kosmologie), dann sollten wir die Gipfel des Interferenzmusters Kilometer voneinander entfernt sehen.

Was passiert also wirklich in einem solchen Szenario? Mir fallen folgende Möglichkeiten ein: 1) Interferenzmuster entstehen, Passagiere und externe Beobachter können nicht sagen, durch welchen Schlitz das Schiff gefahren ist, da das Experiment selbst keine Interaktion zwischen Schiff und Umgebung erfordert 2) Interferenzmuster tritt nicht einmal auf wenn das Schiff nicht mit den anderen Objekten interagiert, da es zu komplex ist und seine Wellenfunktion sowieso zusammenbricht. 3) ?

Wir können das Experiment kosmologisch realistischer gestalten. Wir können einen Nanoroboter (der einige Beobachtungen aufzeichnen und kleine Experimente durchführen kann, also konzeptionell einem Menschen entspricht) mit einer Masse von 1e-18kg verwenden und ihn mit 1 mm/s fortbewegen lassen. Wenn die Schlitze 0,1 m voneinander entfernt sind, sollten wir Interferenzkämme erwarten, die 0,1 m voneinander entfernt sind, nach einem Sonne-Erde-Abstand.

ACuriousMind

Siehe zur Gültigkeit der deBroglie-Wellenlänge für makroskopische Objekte für eine abstraktere Diskussion. Haben Sie auch die tatsächliche DeBroglie-Wellenlänge einer solchen Kapsel berechnet und untersucht, ob Größe und Position der für die Interferenz erforderlichen Schlitze so sind, dass das Objekt sie tatsächlich passieren kann? (Spoiler: Ich meine mich zu erinnern, dass du ein lächerliches Setup bekommst, das unmöglich zu realisieren ist)

anna v

Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass die große Mehrheit der quantenmechanischen Effekte auf der Nanometerebene auftritt. Das liegt vor allem an der Kleinheit von h, der Planckschen Konstante, die in alle quantenmechanischen Lösungen eingeht. Makroskopische Manifestationen treten bei sehr speziellen Anfangsbedingungen auf, wie bei Supraleitung und Suprafluidität.

N. Jungfrau

Das ist eine ausgezeichnete Frage und keineswegs trivial. Es ist überhaupt kein Duplikat des oben verlinkten und wird auch nicht durch die Antworten auf diese Frage beantwortet. (Einige Leute haben enge Stimmen abgegeben.)

tom

Ich habe die Antwort bearbeitet, um zu versuchen, Ihre Frage zur physikalischen Interpretation zu beantworten.

Antworten (1)

Doppelspaltexperiment, bei dem das "Teilchen" eine makroskopische Kapsel mit Menschen darin ist

Siehe zur Gültigkeit der deBroglie-Wellenlänge für makroskopische Objekte für eine abstraktere Diskussion. Haben Sie auch die tatsächliche DeBroglie-Wellenlänge einer solchen Kapsel berechnet und untersucht, ob Größe und Position der für die Interferenz erforderlichen Schlitze so sind, dass das Objekt sie tatsächlich passieren kann? (Spoiler: Ich meine mich zu erinnern, dass du ein lächerliches Setup bekommst, das unmöglich zu realisieren ist)
Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass die große Mehrheit der quantenmechanischen Effekte auf der Nanometerebene auftritt. Das liegt vor allem an der Kleinheit von h, der Planckschen Konstante, die in alle quantenmechanischen Lösungen eingeht. Makroskopische Manifestationen treten bei sehr speziellen Anfangsbedingungen auf, wie bei Supraleitung und Suprafluidität.
Das ist eine ausgezeichnete Frage und keineswegs trivial. Es ist überhaupt kein Duplikat des oben verlinkten und wird auch nicht durch die Antworten auf diese Frage beantwortet. (Einige Leute haben enge Stimmen abgegeben.)
Ich habe die Antwort bearbeitet, um zu versuchen, Ihre Frage zur physikalischen Interpretation zu beantworten.

tom · Answer 1

Die De-Broglie-Wellenlänge, $\lambda$ , ist gegeben durch

λ = \frac{H}{P}

$\lambda = {h \over p}$ Wo

h

$h$ ist Plancks Konstante und

p

$p$ ist Schwung.

Nehmen wir die Masse zu sein $160$ kg und Geschwindigkeit zu sein $100$ MS $^{-1}$ dann bekommen wir $\lambda = 4\times10^{-38}$ Bei einem gegebenen Raumschiff mit langsamem Licht und nur einer Person (mehr Personen und Geschwindigkeit würden den Impuls erhöhen und den Wert verringern $\lambda$ ).

Um Interferenzen zu sehen, sollte die Schlitzbreite in der Regel ähnlich groß sein wie die Größe der Wellenlänge. Offensichtlich wird es schwierig sein, ein Raumschiff mit einer darin befindlichen Person durch einen so kleinen Schlitz zu führen – und wenn es durch einen größeren Schlitz geführt wird, wäre die Beugung nicht sichtbar, bis das Raumschiff eine enorm lange Strecke zurückgelegt hat.

Eine relevante Gleichung hier ist die Einzelspaltbeugung, wobei $n\lambda = d sin(\theta)$ Wo $\theta$ ist der Winkel des Minimums für $n = \pm1, \pm2, \pm3....$ , $d$ ist die Schlitzbreite und $\lambda$ ist das Wellenlicht. Wir erhalten das folgende Muster, aber für das Raumschiff, das durch a fährt $10$ m Schlitz würde der Winkel z $n=\pm1$ wäre $\sim4\times10^{-39}$ Radiant und das Minimum zu haben $1$ m vom Maximum würde Reisen erfordern $2.5\times10^{38}$ M. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Für die Doppelspaltbeugung ist die Gleichung dieselbe, außer $d$ ist die Trennung zwischen den beiden Schlitzen - aber wir stoßen auf das Problem, dass die Person an Bord beobachten könnte, durch welchen Schlitz das Raumschiff gefahren ist, aber in diesem Fall sollten wir immer noch eine Einzelschlitzbeugung erhalten.

Die Interpretation ist, dass das obige Beugungsmuster eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ist. Das Raumschiff wäre nicht verschmiert, aber viele beobachtete Raumschiffe hätten dieses Wahrscheinlichkeitsmuster.

Diese Interpretation ist in dem Interferenzmuster zu sehen, das durch ein Young's Slit-Experiment für Moleküle erzeugt wurde, die das Bild unten erzeugten Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

[Dies lässt mich denken, dass eine moderne Aktualisierung des 'Kamel durch das Nadelöhr' die 'Beobachtung der Beugung nach dem Passieren des Kamels durch einen kleinen Schlitz' sein könnte.]

Diese Antwort wurde im Kommentar von ACuriousMind angedeutet, aber ich dachte, es könnte hilfreich sein, einige Zahlen einzugeben.

(Ich habe gerade entdeckt, dass die mögliche doppelte Frage eine nützliche Antwort von JohnRennie hat, die sich mit diesem Problem der Beugung befasst.)

„Um Interferenzen zu sehen, sollte die Schlitzbreite in der Regel ähnlich groß sein wie die Größe der Wellenlänge. Offensichtlich wird es schwierig sein, ein Raumschiff mit einer Person im Inneren durch einen so kleinen Schlitz zu passieren – und wenn es dann durch einen größeren Schlitz geht Beugung würde nicht sichtbar sein, bis das Raumschiff eine enorm lange Strecke zurückgelegt hat." Ich denke, Ihre Antwort würde verbessert, indem Sie die Formeln angeben, aus denen Sie diese Aussagen erhalten, und den Wert der erforderlichen großen Entfernung schätzen.
(Forts.) Wahrscheinlich ist die relevante Formel diejenige, die besagt, dass bei einem Doppelspalt konstruktive Interferenz auf dem Bildschirm in einem Winkel zu sehen ist $\theta$ von den Schlitzen (gemessen relativ zu einer Linie, die senkrecht zur Ebene der Schlitze und des Schirms ist) so dass $\sin \theta = m\lambda / d$ und destruktiv bei $\sin \theta = (m + 1/2)\lambda / d$ Wo $m$ eine beliebige ganze Zahl ist, und $d$ ist der Abstand von den Schlitzen zum Schirm. Auf große Distanzen $\theta$ ist nahe bei 0, so dass Sie sich annähern können $\sin \theta$ als $\theta$ .
@Hypnosifl - danke für die nützlichen Kommentare, die ich bearbeiten werde

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Hypnosifl

Hypnosifl

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