Dreispaltexperiment

Ähnlich wie das Anbringen eines Photonen absorbierenden Detektors an einem Spalt in einem Doppelspalt-Experiment Ihnen das Einzelspalt-Interferenzmuster zurückgibt, wird das Anbringen eines Detektors an einem von drei Spalten das Zweispalt-Muster zurückgeben.

Es könnte hilfreich sein, sich vorzustellen, dass der Detektor Photonen blockiert, so wie das Material, in das die Schlitze geschnitten sind, Photonen blockiert. Ein Detektor hat keine magischen Kräfte, die sich von anderen physischen Objekten unterscheiden, und das Blockieren eines Schlitzes hat keine Auswirkungen auf die verbleibenden Schlitze. Sie könnten das gleiche visuelle Ergebnis erzielen, indem Sie Kaugummi in einen Schlitz stecken, Sie würden nur keine Daten von Ihrem Kaugummi erhalten. :)

Sie können sich die Wellenfunktion des Dreispaltproblems als aus drei zueinander nichtorthogonalen Teilen bestehend vorstellen:$\left|L+C+R\right>$. Da sich die drei überlappen, enthält das Quadrat ihrer Summe Interferenzterme, also

$\begin{equation}\left<L+C+R|L+C+R\right>=\left<L|L\right>+\left<C|C\right>+\left<R|R\right>+2\left<L|C\right>+2\left<L|R\right>+2\left<C|R\right>\end{equation}~$.

Jetzt fügen wir dem System einen Detektor hinzu, der mit Sicherheit entscheiden kann, ob das Teilchen in L war oder nicht. Dieser Detektor hat zwei Zustände,$D_L$und$D_{CR}$, die konstruktionsbedingt zueinander orthogonal sind. Die neue Wellenfunktion ist$\left|D_LL+D_{CR}(C+R)\right>$. Jetzt ist das Quadrat

$\begin{align} & \left<D_L|D_L\right>\left<L|L\right> + \left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<C|C\right> + \left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<D_R|D_R\right>\left<R|R\right> \\ &+2\left<D_L|D_{CR}\right>\left<L|C\right>+2\left<D_L|D_{CR}\right>\left<L|R\right>+2\left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<C|R\right> \\ &= \left<L|L\right>+\left<C|C\right>+\left<R|R\right>+2\left<C|R\right>\end{align}$

Somit wird die Summe des Einzelschlitzmusters des linken Schlitzes plus des Doppelschlitzmusters des mittleren und rechten Schlitzes beobachtet.

Interferenzen können nur beobachtet werden, wenn es zu einer Überlappung der Wellenfunktion kommt. Ein Aufbau, der die Wellenfunktionen sicher unterscheiden kann, erfordert eine Verschränkung der Teilchenwellenfunktion mit der Detektorwellenfunktion derart, dass diese Überlappung eliminiert wird.

Da die Detektion zwangsläufig das Eingangssignal entkoppelt, erhält man eine Kombination aus dem Muster mit einem einzelnen Spalt (für den beobachteten Spalt) und dem Muster mit zwei Spalten (für die unbeobachteten Spalte).

Als Antwort auf die Bitte um eine Referenz zu einem tatsächlichen Dreifachspaltexperiment mit Photonen lesen Sie bitte Science Vol. 329, Ausgabe 5990, S. 418-42. Der Titel des Artikels lautet Ruling Out Multi-Order Interference in Quantum Mechanics , und das Ergebnis ist, dass es keinen neuen, exotischen Interferenzbegriff gibt ("$I_{ABC}$") aufgrund eines dritten Schlitzes. Die einzigen Interferenzterme sind$I_{AB}$,$I_{BC}$,$I_{AC}$wie Sie es vom Quadrieren der Wahrscheinlichkeitsamplituden erwarten würden, durch die Schlitze zu gehen$A$,$B$, und$C$individuell, und die Autoren messen diese separat.

Ich glaube, andere haben die Frage bereits beantwortet, aber um meine eigene hinzuzufügen, können Sie an einen blockierten Schlitz denken$A$als Detektor an$A$(Mutter Natur hat das Photon für dich entdeckt ;)) und das resultierende Muster auf dem Bildschirm (wenn du etwas auf dem Bildschirm siehst, weißt du mit Sicherheit, dass das Licht nicht hindurchgegangen ist$A$) ist das Doppelschlitzmuster aus$B$und$C$=$P_{B} + P_{C} + I_{BC}$, indem Sie die Symbole aus der Referenz verwenden.

BEARBEITEN: In Bezug auf die Art der Erkennung spielt es keine Rolle, ob es sich um einen harten Block auf Schlitz A oder einen Fotodetektor handelte. Wenn ein tatsächlicher Photodetektor auf A platziert wäre, zeigt das Signal von ihm nur ein einzelnes Schlitzmuster.

Ich stimme Arnold zu, der Detektor muss das Photon nicht stören, wenn es durch den Detektor geht; Quantenlöschexperimente mit verzögerter Reaktion haben dies beispielsweise umgangen. Und wirklich, Sie können nicht davon sprechen, ein Photon zu blockieren, denn wenn es ein Interferenzmuster aufweist, ist es wahrscheinlich nicht durch beide Schlitze gegangen, sondern nur eine künstliche Wahrscheinlichkeitswelle, um seine endgültige Position abzuschätzen. Ein Detektor "blockiert" ein Teilchen nicht, es bedeutet nur, dass das Teilchen existieren musste, um dem Zweck des Detektors zu diesem Zeitpunkt in Raum und Zeit zu dienen, dem Bewusstsein und der Messung zu dienen. Denn wenn Sie die vom Detektor erfassten Pfadinformationen löschen würden, kommt das Interferenzmuster zurück, nachdem es die Schlitze passiert hat. Ich bin der Meinung, dass ein Photon in keiner Form existiert, bis es unbedingt sein musste, es s nur in Überlagerung unendlicher Möglichkeiten, bis es durch einen bewussten Zweck erforderlich ist. Quantenmechanik und die "Naturgesetze" klingen für mich einfach ein bisschen nach einer wunderbaren Art von Technologie. Aber ich schweife ab.