Warum erzeugen Laser im Freien 2-Schlitz-Interferenzmuster? [geschlossen]

Ich habe diese Antwort gesehen:

Ist Quantenverschränkung funktional äquivalent zu einer Messung? .

Ich hatte Folgefragen, die anscheinend beantwortet wurden. Hier nur ein paar ähnliche Themen:

Warum lässt die Beobachtung die Wellenfunktion kollabieren? .

Kollabiert der Beobachter oder die Kamera die Wellenfunktion im Doppelspaltexperiment? .

Was macht eine Beobachtung/Messung im QM aus? .

Nachdem ich diese gelesen habe, ist dies meine Frage: Das Licht eines Lasers in einem 2-Spalt-Experiment muss durch ein Medium (Luft, Wasser, Glas usw.) wandern. Warum würde immer noch ein Beugungsmuster zu sehen sein, wenn das Licht mit Partikeln interagiert, kurz bevor es in den Spalt eintritt? Diese Partikel geben Informationen darüber ab, durch welchen Schlitz das Licht gegangen ist, an die Umgebung. Warum verursacht diese Information, die herauskommt, keine Dekohärenz?

Betrachten Sie den Fall, wo nur ein Teilchen vor einem der Spalte sitzt. Es gibt ein 2-Schlitz-Experiment, das mit einem einzelnen emittierten Partikel (Partikel A) aufgebaut ist, und es gibt ein zweites Partikel (Partikel B), das bereits vor einem der Schlitze sitzt und wartet. Damit Teilchen A diesen Spalt passieren kann, muss es Teilchen B passieren, wodurch sich der Zustand von B ändern würde. Dann fährt Teilchen A fort. Es geht durch den Schlitz. Wenn andererseits Teilchen A durch den anderen Schlitz hindurchgegangen ist, dann interagiert es nicht mit Teilchen B, und es tritt keine Zustandsänderung für B auf. Teilchen A landet schließlich auf dem Landedetektor. Nachdem Partikel A gelandet ist, können wir Partikel B überprüfen. Wenn sich der Zustand von Partikel B geändert hat, seit wir es vor Beginn des Experiments vor den Schlitz platziert haben, dann wissen wir, dass Partikel A durch diesen Schlitz gegangen ist. Ansonsten, A ging durch den anderen Schlitz. Daher sind die Endergebnisse von A und B korreliert.

Nach anderen Antworten sollte die Wellenfunktion zusammenbrechen, weil Teilchen B als Detektor fungiert. Einige sagen, Teilchen B misst Teilchen A. Wenn also A mit B interagierte, kollabierte seine Wellenfunktion, also sollte es kein Interferenzmuster geben.

Dies ist nicht meine Hauptfrage, aber ich frage mich, warum es auch kein Interferenzmuster geben würde, wenn A durch den anderen Schlitz gehen und sich nicht mit B verheddern würde. Wir wissen, wenn der Zustand von B unverändert ist, ging A durch den anderen Schlitz. Wie also bewirkt die bloße Anwesenheit von B, dass die Wellenfunktion von A zusammenbricht? Es fand keine Wechselwirkung statt. Wenn es eine Wechselwirkung gegeben hätte, hätte sich der Zustand von B geändert. Aber wie könnte sich der Zustand von B ändern, wenn A durch den anderen Schlitz geht? Es ist paradox.

Dies ist jedoch meine Hauptfrage. Ich habe gesehen, wie ein Laser in einem 2-Schlitz-Aufbau in einem Klassenzimmer ein Interferenzmuster erzeugte. Mein Punkt ist, dass Partikel B jedes Partikel sein könnte, das vor dem Schlitz schwebt. Die meisten Photonen würden den Staubpartikeln ausweichen, aber mit der Suppe aus allen möglichen kosmischen Partikeln, die herumfliegen, schafft es das Licht des Lasers wirklich zu den Schlitzen, ohne mit irgendetwas auf dem Weg zu interagieren? Wenn das Licht auf dem Weg tatsächlich mit anderen Teilchen interagiert, bedeutet das dann, dass das Messproblem davon abhängt, ob die ausgetretene Information erkennbar ist oder nicht? Mit anderen Worten, diese Teilchen, mit denen A interagiert, tragen Informationen darüber, durch welchen Schlitz sie gegangen sind. Da wir jedoch keines dieser beobachtenden Teilchen erfassen können, erzeugt A ein Interferenzmuster. Nur in einer kontrollierten Umgebung, in der wir den Zustand von Teilchen B erkennen können, können wir Informationen darüber ableiten, durch welchen Schlitz A gegangen ist. Wie würde ein solches System im Voraus wissen, ob wir in der Lage wären, so etwas nach dem Ereignis zu erkennen oder nicht, und somit zu entscheiden, ob A zu einem Interferenzmuster führen sollte oder nicht?

PS: Wenn Sie glauben, dass der Laser nur Partikeln in der Luft ausweicht, nehmen Sie an, wir machen den Raum sehr staubig. Oder nehmen wir an, wir führen das Experiment unter Wasser durch.

Ein Laser in Luft erzeugt ein feines 2-Schlitz- (oder 1-Schlitz-) Beugungsmuster. Es ist nicht klar, warum überhaupt eine Verschränkung erforderlich ist. Eine sehr verworrene Frage.
Meine Frage ist, warum es ein Beugungsmuster erzeugen würde, da Photonen mit anderen Teilchen interagieren würden, kurz bevor sie durch einen Schlitz gehen. Warum zählen diese Wechselwirkungen nicht als Messung und verhindern so Beugungsmuster? Eine Verschränkung ist nicht erforderlich, aber eine Folge der Wechselwirkung des Photons mit einem der vor dem Schlitz schwebenden Teilchen. Im vereinfachten Beispiel mit A und B kann ein verschränktes Teilchen als Welche-Wege-Detektor fungieren.
Ich habe meine Frage überarbeitet, um "korreliert" statt "verschränkt" zu sagen. Diese Sprache ist näher an dem Punkt, den ich zu machen versuche.
Der Punkt ist, dass „korreliert“ und „verschränkt“ in der Physik präzise Dinge bedeuten. Insbesondere ist die Verschränkung im Allgemeinen keine Folge einer Photonenstreuung an einem zufälligen Teilchen.
Ich dachte, da der Zustand beider Teilchen nicht unabhängig voneinander beschrieben werden kann, bedeutet das, dass sie verschränkt sind oder anders gesagt, ihre Zustände korrelieren.
Auch dieser Thread unterstützt meine Ideen: quora.com/…
Ich würde mir keine Sorgen um die "Suppe aller Arten von kosmischen Teilchen machen, die herumschwirren", zu wenige zu weit voneinander entfernt, um Materie im Vergleich zu Luftmolekülen zu sein. Ihre Frage ist also, ob das Photon wirklich mit Luftmolekülen interagiert, richtig?
Was wäre, wenn das Experiment unter Wasser wäre? Müsste das Licht nicht mit Wassermolekülen interagieren? Ich habe damit begonnen, die Frage nach Luftmolekülen zu formulieren, weil ich denke, dass dies eine Demonstration ist, die die meisten Physikkurse im Grundstudium zeigen. Aber am Ende meiner Frage weise ich darauf hin, dass das Experiment unter Wasser hätte stattfinden können, also müsste es mit Wassermolekülen interagieren, kurz bevor es in einen der Schlitze eintritt.
Meine Frage lautet, warum immer noch ein Beugungsmuster zu sehen wäre, wenn das Licht kurz vor dem Eintritt in den Schlitz mit Partikeln interagiert. Diese Partikel geben Informationen darüber ab, durch welchen Schlitz das Licht gegangen ist, an die Umgebung. Warum verursacht diese Information, die herauskommt, keine Dekohärenz?
Warum glauben Sie, dass die Quora-Diskussion Ihre Ideen unterstützt? Es wird speziell darüber diskutiert, ob ein Photon seine Verschränkung mit einem anderen Photon beibehält, wenn es von Spiegeln oder zufällig polarisierenden Oberflächen abprallt? Was hat es mit deiner Frage auf sich?

Antworten (2)

Ich fürchte, Ihre Frage ist den klassischen Diskussionen von Feynman konzeptionell sehr ähnlich: Für die Interferenzen verwenden Sie Photonen, wo er Elektronen verwendet hat; Für die Spaltdetektion verwenden Sie Luftmoleküle, wo er Photonen verwendet hat. Ich empfehle Ihnen dringend, hinzugehen und es zu lesen. Dies ist in diesem Kapitel der Vorlesungen . Das spezifische Experiment, auf das ich mich bezog, befindet sich in Abschnitt 1-4 „Ein Experiment mit Elektronen“, aber es ist am besten, das ganze Kapitel zu lesen.

Lassen Sie uns die Mathematik für dieses Problem tun. Wir haben es mit einem Zwei-Teilchen-System zu tun, bewegt sich Teilchen A durch einen der beiden Schlitze, so ändert dies den Zustand von Teilchen B. Wenn der Anfangszustand formal mit bezeichnet wird | B ⟩ , wird der Endzustand ein anderer Zustand sein | B ' ⟩ . Aber wenn sich Teilchen A durch den anderen Spalt bewegt, dann bleibt der Zustand von Teilchen B unverändert, er wird es immer noch sein | B ⟩ . Betrachten wir dann den vollständigen Quantenzustand des Zwei-Teilchen-Systems, kurz bevor Teilchen A auf den Bildschirm trifft. Wir können dies formal so bezeichnen:

| ψ ⟩ = | A 1 ⟩ | B ⟩ + | A 2 ⟩ | B ' ⟩

Hier | A 1 ⟩ der Zustand von Teilchen A ist, wenn es sich durch Schlitz 1 bewegt, und das Teilchen B dann nicht beeinflusst, und | A 2 ⟩ ist der Zustand von Teilchen A, wenn es sich durch den anderen Spalt bewegt, und dann wird der Zustand von Teilchen B beeinflusst. Die Wahrscheinlichkeit P ( X ) von Teilchen A, das an irgendeiner Position detektiert wird X auf dem Bildschirm ist durch die quadrierte Norm des durch Projektion erhaltenen Zustands gegeben | ψ ⟩ auf den Zustand von Teilchen A an Position X . Also haben wir:

P ( X ) = | ⟨ X | A 1 ⟩ | B ⟩ + ⟨ X | A 2 ⟩ | B ' ⟩ | 2

Wir haben also eine Linearkombination der Zustände | B ⟩ Und | B ' ⟩ und wir müssen die quadrierte Norm dieses Zustands berechnen, dies ist nur das innere Produkt dieser linearen Kombination mit sich selbst. Seit | B ⟩ Und | B ' ⟩ auf 1 normiert sind, gilt:

P ( X ) = | ⟨ X | A 1 ⟩ | 2 + | ⟨ X | A 2 ⟩ | 2 + 2 Betreff ⁡ [ ⟨ X | A 1 ⟩ ∗ ⟨ X | A 2 ⟩ ⟨ B | B ' ⟩ ]

Was wir hier sehen, ist, dass der letzte Term der Interferenzterm ist und dieser verschwindet, wenn die Staaten | B ⟩ Und | B ' ⟩ sind orthogonal. Solche Zustände sind dann physikalisch unterschiedliche Zustände, während Zustände, die nicht orthogonal sind, nicht perfekt voneinander unterschieden werden können. Wenn die Zustände nicht orthogonal sind, ist das Interferenzmuster immer noch sichtbar, aber es wird um einen Faktor reduziert, der durch die Überlappung zwischen den beiden Zuständen gegeben ist. In diesem Fall bedeutet die Tatsache, dass Sie die beiden Zustände nicht perfekt unterscheiden können, dass Sie nicht mit Sicherheit sagen können, durch welchen Schlitz A gegangen ist. Aber je sicherer dies ist, desto schwächer wird das Interferenzmuster sein.

Warum erzeugen Laser im Freien 2-Schlitz-Interferenzmuster? [geschlossen]
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