Was passiert, wenn wir den Beobachter im Doppelspaltexperiment manipulieren?

Betrachten Sie die folgenden Änderungen am Doppelspaltexperiment:

  • Schalten Sie den Beobachter schnell ein und aus
  • Bewegen Sie den Beobachter immer weiter weg, bis zu dem Punkt, an dem er nicht mehr effektiv beobachten kann

Was passiert mit der Wellenfunktion, wenn der Beobachter zum fliegenden Elektron schnell aus- und wieder einschaltet? Wenn Sie den Beobachter weiter wegbewegen, an welchem ​​Punkt behandelt ihn die Wellenfunktion nicht mehr als Beobachter?

@CuriousOne Dieses Video ist also falsch? youtube.com/watch?v=7u_UQG1La1o
Wenn es heißt, dass die Physik von der Beobachtung abhängt, dann ist es falsch.
@CuriousOne, also ändert das Platzieren eines Beobachtungsinstruments neben einem Doppelspaltexperiment das Ergebnis nicht? Warum nicht? Ich dachte, das sei der Sinn des Doppelspalt-Experiments.
@CuriousOne Sie behaupten also, das Doppelspaltexperiment sei ungültig? Ich versuche herauszufinden, ob Sie ein Physiker oder ein Troll sind. Bitte erkläre.
Ich sage, dass von Neumann oder wer auch immer den Beobachter-Ausdruck geprägt hat, jungen Köpfen, die noch nicht selbstständig denken können, unzähligen Schaden zugefügt hat. Entscheidend für die Natur ist nicht, ob es einen Beobachter gibt oder nicht, sondern ob ein physikalisches System offen oder geschlossen, irreversibel oder reversibel ist.
@CuriousOne Ok, tut mir leid, Sie klingen, als wüssten Sie, wovon Sie sprechen. Ich war mir nicht sicher. Ja, ich bin ein junger Geist und versuche, diese Sache mit der Quantenphysik herauszufinden.
Führen Sie einen Reset durch, was Ihrer Meinung nach eine Beobachtung ist. Fragen Sie sich, was der „Detektor“ mit dem zu messenden System auf physikalischer Ebene (und nicht auf Informationsebene) macht. Es entzieht Energie und wandelt sie irreversibel in Wärme um. Das ist der entscheidende Unterschied in physikalischer Hinsicht. Ob wir diese Wärme „nutzen“, um etwas über das physikalische System zu lernen oder nicht, ist für die Natur irrelevant.
@Viziionary - Bitte stellen Sie sicher, dass die moderne Physik (basierend auf der Quantenmechanik) unbedingt relativ zu einem Beobachter und seinen Beobachtungen formuliert werden muss. Diese Tatsachen wurden um 1925 erkannt, untrennbar mit dem mathematischen Formalismus verbunden, mit zahlreichen Nobelpreisen belohnt, und jede einzelne Erkenntnis in den folgenden 90 Jahren bekräftigte dies. Beobachter sind absolut grundlegend für die Anwendung der Gesetze der Physik. Jeder, der dir etwas anderes erzählt, ist ein Spinner. Aber auch die Abhängigkeit funktioniert anders als man denkt.
@LubošMotl Danke Lubos, ich habe Anfang dieses Jahres tatsächlich einige Ihrer Arbeiten gelesen. Als ich fragte: "Hat hier jemals ein Physiker geantwortet, dass seine eigene Arbeit in einer Frage zitiert wird?" du bist gekommen.
Lieber @Viziionary - danke. Lassen Sie mich Ihnen eine Quelle nennen, die Ihre Frage ziemlich genau beantwortet. Feynman Lectures in Physics, Band III, Kapitel 1, Abschnitt 6, feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6 - Suchen Sie nach "Wir müssen schlussfolgern, dass die Verteilung der Elektronen auf dem Bildschirm unterschiedlich ist, wenn wir die Elektronen betrachten als wenn wir nicht hinsehen. Vielleicht ist es das Einschalten unserer Lichtquelle, das die Dinge stört? und lesen Sie zumindest einen großen Teil des Abschnitts - es gibt eine ausführliche Diskussion darüber, was passiert, wenn Sie versuchen, den Beobachter auf verschiedene Weise allmählich zu entfernen.
Lassen Sie mich sagen, dass die Grundlagen der Quantenmechanik nicht "meine Arbeit" sind. Ich bin sehr stolz darauf, von Heisenberg, Born, Jordan, Bohr und einigen anderen als Entdecker der Quantenrevolution zitiert zu werden, aber diese Leute haben mich wirklich plagiiert und die Entdeckungen fast 50 Jahre vor meiner Geburt veröffentlicht. ;-) Mein Beitrag zu diesen Themen ist rein pädagogisch.
@LubošMotl. Ja, im Zusammenhang mit der Quantenphysik wurden Nobelpreise verliehen, und ja, ihre Grundsätze wurden in die moderne Physik aufgenommen, aber für mich beweist dies nur, dass die meisten Menschen (wie ich) mit der experimentellen Überprüfung einverstanden sind und überhaupt nicht mit irgendeiner Rolle des Beobachters. Ich will sicherlich nicht über Philosophie reden, aber ich kann trotzdem nicht erkennen, dass wir jeden als Spinner abtun können, der die Rolle des Beobachters in Frage stellt. AFAIK, ich bin bei gesundem Verstand, aber der Mond könnte einfach verschwinden, wenn ich nicht hinschaue, und mir fällt nicht ein, wie ich beweisen soll, dass er es nicht getan hat. Aber ich werde RPF genauer lesen.
Nun, die meisten Leute verstehen die Quantenmechanik nicht, @count_to_10 - ich (und Feynman) bin/habe berichtet, was die wissenschaftlichen Beweise zweifellos implizieren.

Antworten (3)

Ich habe meine Masterarbeit über teilweise kohärente klassische Wellenfelder geschrieben, die auf Gitter angewendet werden, daher werde ich versuchen, einen Einblick zu geben, was genau den Doppelspalt zu einem Quantenproblem macht und was wirklich nur klassische Wellenmechanik ist . Dies sollte die Diskussion ein wenig vereinfachen, indem die beiden Probleme (zumindest hoffentlich) getrennt werden.

Allgemeiner Kommentar zum Doppelschlitz

Die meisten Eigenschaften des Doppelspalts, die üblicherweise der Quantenmechanik zugeschrieben werden, lassen sich meines Erachtens mit klassischen Wellenfeldern aus statistischen Quellen tatsächlich perfekt nachbilden . Damit meine ich zB ein elektromagnetisches Feld, das aufgrund des Quellenprozesses einige statistische Phasenschwankungen aufweist. Insbesondere aus astronomischen Quellen lässt sich das meiste Licht tatsächlich so darstellen. Sogar einige Laserprozesse können dies, da der Begriff der Kohärenz leicht als statistische Korrelationen des Wellenfelds formalisiert werden kann (1). Das einzige Regime, in dem dies (meines Wissens) zusammenbricht , ist die Grenze weniger Photonen und einige nicht-ergodische Prozesse / Impulse.

Mit diesem Ansatz können Sie alles bekommen, was Sie wollen, wenn Sie an das Doppelspaltexperiment denken:

  • Interferenzmuster auf einem Schirm für Quellen mit kleiner Winkel- und Wellenlängenstreuung
  • Kohärenz kann modelliert werden (2)
  • Sie können an klassische Wellenleiterdetektoren ("Beobachter", die klassisch sehr gut modelliert sind) ankoppeln.

Bezug zur Frage

Auch die vom OP beschriebene Situation lässt sich so mit einem rein klassischen „Beobachter“ herstellen. Setzen Sie stattdessen einfach einen vollständig inkohärenten Reemitter ein (etwas, das die Leistung an einem Punkt absorbiert und sie inkohärent als halbkugelförmige Wellenfront wieder abgibt. Ich bin mir nicht sicher, ob so etwas existiert, aber eine einfache Dipolantenne kommt wahrscheinlich ziemlich nahe). "Quantenbeobachter". Wenn Sie es direkt in einen der Schlitze stecken, verschwinden die Interferenzmuster aufgrund der statistischen Phasenschwankung. Wenn der Beobachter weiter weg bewegt wird, würde sich das Muster offensichtlich ändern, in der Fernentfernungsgrenze würde es zum ursprünglichen Muster zurückkehren. Ich kann eine Simulation davon versuchen, da ich ein Programm habe, das solche Dinge tut, aber ich denke, diese qualitative Einsicht sollte für die Frage ausreichen.

Wo ist die Quantenmechanik?

Warum also spricht man überhaupt von Quantenmechanik, wenn man sich das Doppelspaltexperiment ansieht? Historisch wurde es verwendet, um zu zeigen, dass andere Teilchen (zB Elektronen) Wellencharakter haben. Im Vielteilchen-Limit könnten wir das sogar mit dem oben beschriebenen Formalismus beschreiben. Der einzige Punkt, an dem wir ein Problem bekommen, ist die Wenig-Partikel-Grenze . Was dann diskutiert wird, ist, wie das Teilchen eine bestimmte Position hat, wenn es auf dem Bildschirm erkannt wird, was dann zu Streitigkeiten über das Messproblem führt . Ich werde hier nicht ins Detail gehen, andere Leute wie @LubošMotl wissen viel mehr darüber als ich und ich schlage vor, auf ihren Rat zu hören.Was ich jedoch betonen wollte, ist, dass dies ein völlig anderes Thema ist als die Ausbreitung durch den Doppelspalt und die dadurch verursachten Interferenzen.

(1) siehe zB

  • M Born und E Wolf. Prinzipien der Optik . 7. Aufl. Cambridge University Press, 1999.
  • S. Withington, DJ Goldie, CN Thomas. "Teilweise kohärente optische Modellierung der Ferninfrarot-Bildgebungsarrays auf dem Weltraumteleskop SPICA mit gekühlter Apertur". In: Annalen der Physik (2013).

(2) siehe zB diese Antwort von mir

Für mich bedeutet ein „Beobachter“ in diesem Sinne etwas, das eine „Messung“ des Photons (oder Elektrons) vornehmen kann, während es sich durch die Schlitze bewegt (wie ein Beobachtungsinstrument), und somit seine Wellenfunktion ändert. Wenn der Beobachter keine Messungen vornehmen kann, kann er die Ereignisse nicht verändern, und das Gleiche wird passieren, ob er da ist oder nicht.

Könnten Sie uns bitte den Grund nennen, warum dies nicht der Fall ist, damit wir streiten können? statt nur runter zu voten?
Ich habe es abgelehnt, weil Sie die Frage überhaupt nicht beantworten. Das OP fragt, wie sich das Verhalten des Experiments ändert, wenn der Beobachter/die Beobachtung allmählich entfernt wird. Sie haben es nicht diskutiert, sondern angenommen: "Wenn der Beobachter keine Messungen vornehmen kann ..." - Der letzte Satz ist ein Oxymoron für sich. Der Beobachter wird als ein Agent definiert, der Beobachtungen macht , wenn er also keine Beobachtungen macht, ist er kein Beobachter. Nochmals, warum lesen Sie zB nicht diesen RPF-Text, den ich mir als Antwort vorstellen würde? feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6
@Luboš Motl Ich stimme dir vollkommen zu, ich versuche nur, es durch diesen letzten Satz klar zu machen.
Es ist großartig, dass Sie zustimmen, aber Sie haben die Frage immer noch überhaupt nicht beantwortet, also ist sie immer noch abgelehnt.
@Luboš Motl Laut physical.stackexchange.com/help/how-to-answer "ist jede Antwort hilfreich, die den Fragesteller in die richtige Richtung bringt, aber versuchen Sie, Einschränkungen, Annahmen oder Vereinfachungen in Ihrer Antwort zu erwähnen". Helfe ich nicht irgendwie in die richtige Richtung?
Ja, ich denke, dass Sie überhaupt nicht in die richtige Richtung helfen.
@Luboš Motl Ok. Da würde ich dir zustimmen. Aber zumindest hilft es anderen Lesern, die Dinge zu klären.

Es hängt nicht von einem Beobachter ab oder davon, überhaupt beobachtet zu werden. Interferenz erfordert, dass die Dinge perfekt arrangiert werden. Wenn Sie etwas in das Experiment einbringen, um zu beobachten, stören Sie das Muster. Wenn Sie das Experiment beleuchten, vermasseln Sie es. Wenn Sie irgendwo im Experiment Geräte platzieren, bringen Sie das Muster durcheinander, indem Sie je nach Art des Experiments entweder Photonen blockieren oder Elektronen umleiten. Es gibt viele Möglichkeiten, das Muster zu zerstören, aber das Suchen hat damit nichts zu tun.

Die Aussage, dass "Interferenz eine perfekte Anordnung der Dinge erfordert", ist offensichtlich falsch. In der Quantenmechanik interferieren immer alle Wahrscheinlichkeitsamplituden für alle möglichen Ergebnisse miteinander, egal ob etwas für „perfekt“ erklärt wird oder nicht, ganz zu schweigen davon, dass das Wort „perfekt“ offensichtlich nicht allgemein definiert werden kann. ... Das Einfügen neuer Komponenten ändert das Experiment, aber es ändert nichts daran, dass alle Evolutionen im Prinzip rückgängig gemacht werden können.
@Luboš Motl Laut meinem Buch über moderne Physik (Beiser) addieren Wellenfunktionen und nicht "Wahrscheinlichkeiten", und daher verursacht die Wellenfunktion selbst Interferenzen und keine "Wahrscheinlichkeiten", wie im Fall des Doppelspalts. Und bis jetzt ist nicht so gut bekannt, dass ein Photon mit einem anderen interferieren kann (im Sinne einer Änderung der Wellenfunktion), wenn sie durch den Raum reisen, da es sich um Bosonen handelt. Andernfalls können wir nicht einfach davon ausgehen, dass ein Photon aus einer bekannten Quelle dieselbe Wellenlänge und Frequenz hat, wenn andere Photonen seinen Weg passieren.
weil diese Photonen die Wellenfunktion verändern.
Jedes nicht ganz dumme QM-Lehrbuch stimmt darin überein, dass sich die Wellenfunktionen addieren. Aber nicht ganz dumme Lehrbücher informieren ihre Leser auch darüber, dass die Wellenfunktionen aus Wahrscheinlichkeitsamplituden zusammengesetzt sind, Vorlagen zur Berechnung subjektiver Wahrscheinlichkeiten, dass es sich nicht um objektiv reale Wellen handelt. ... Ihre Behauptungen über das fehlende Wissen, ob Photonen interferieren, sind einfach lächerlich. Die Interferenz von Photonen ist das, was beim einfachsten Doppelspaltexperiment von Young beobachtet wurde, das bereits vor Jahrhunderten durchgeführt wurde. Da wir wissen, dass Licht ein Strom von Photonen ist, stören auch diese.
"Photonen verändern die Wellenfunktion nicht". Stattdessen ist die Wellenfunktion die Sammlung der komplexen Wahrscheinlichkeitsdaten, die den Zustand von allem beschreiben, einschließlich Photonen. Die Wechselwirkung eines Systems mit einem Photon bedeutet nicht , dass die Quanteninterferenz aufhört zu existieren. Das bedeutet, dass andere Wahrscheinlichkeitsamplituden miteinander interferieren als zuvor.
@Luboš Motl Ok. Aber können Sie anhand der Experimente bestätigen, dass es tatsächlich die Photonen sind, die interferieren, und nicht, dass ein einzelnes Photon eine Interferenz mit seiner eigenen Welle erzeugt?
@LubošMotl In einem Zwei-Schlitz-Experiment befinden sich die dunkelsten Bereiche des Streifenmusters dort, wo die beiden Quellen perfekt phasenverschoben sind. Ich stimme zu, dass es nicht perfekt sein muss, aber es ist der Punkt, an dem es am meisten phasenverschoben ist. Mein Punkt war, dass die Einführung von irgendetwas anderem in das Experiment dieses Muster stören wird.
@philip_0008 - nein, das kann ich nicht bestätigen. Es ist genau das, was ich gesagt habe. Selbst wenn Sie die Intensität des Lichts reduzieren, sodass die Photonen einzeln eintreffen, bleibt immer noch ein Interferenzmuster. Natürlich hat jedes einzelne Teilchen auch immer die Interferenzeigenschaften, egal ob Elektron, Photon oder irgendetwas anderes.
@BillAlsept - es ist einfach nicht wahr, dass "irgendetwas einführen" das Interferenzmuster tötet. Die Einführung von etwas (Mikroskopischem) wird das Experiment komplexer machen, es wird andere, nicht kleinere Interferenzen geben, und man muss am Ende zusätzliche Messungen und Manipulationen hinzufügen, um es zu sehen.
@LubošMotl probiere es einfach aus. Richten Sie ein echtes Doppelspaltexperiment ein und sehen Sie sich das schöne Streifenmuster auf dem Bildschirm an. Ich mache das die ganze Zeit. Setzen Sie nun etwas in das Experiment ein, das die Photonen blockiert, und Sie werden das Muster verlieren oder helles Licht auf das Experiment werfen, und Sie können auch das Muster verlieren. Etwas sehr Kleines, Sie würden den Unterschied nicht bemerken, aber es ändert es. Alles würde es stören, egal wie klein. Selbst die Einführung von weißem Licht mit dem vollen Spektrum kann es stören. Deshalb verwenden sie monochromatisches Licht
@Luboš Motl beinhaltet das Betrachten des Setups das Messen (während der Zeit, in der Photonen durch die Schlitze wandern), die die Ergebnisse verändern können? im Grunde schauen wir nur auf das reflektierte Muster, wenn die Photonen auf den Bildschirm treffen, und unsere Beobachtung (Messung) basiert auf den reflektierten Photonen. ändert das Betrachten der reflektierten Photonen die Ergebnisse, die wir normalerweise den einfallenden Photonen und nicht den gemessenen reflektierten Photonen zuschreiben?
Nein, Spiegel ändern nichts an der Anwesenheit der Messung, sie spiegeln nur die aus der Messung gewonnenen Daten in offensichtlicher Weise wider.
@Luboš Motl Es tut mir leid, wenn ich in meinen Kommentaren irgendetwas anstößig meine. Ich habe es schon bereut.
Der gleiche Kommentar zu Ihnen - ich habe keine Beleidigung von Ihnen entdeckt.
Was passiert, wenn wir den Beobachter im Doppelspaltexperiment manipulieren?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v