Welche Welle stört das Doppelspaltexperiment?

Beim klassischen Doppelspalt-Experiment (nicht beim Einzelphotonen-Doppelspalt-Experiment) entsteht auf dem verwendeten Schirm ein Interferenzmuster. Ich habe immer gehört, dass das daran liegt, dass Licht wellenartige Eigenschaften hat oder dass Licht eine Welle ist.

Wird das Interferenzmuster im Doppelspaltexperiment durch Interferenzen elektromagnetischer Wellen oder durch Interferenzen von Wahrscheinlichkeitswellen verursacht?

Wenn es durch interferierende elektromagnetische Wellen verursacht wird, kann man mit Fug und Recht sagen, dass das unterschiedliche Polarisieren beider Schlitze, um ein "Welche-Wege" -Experiment durchzuführen, nur die Interferenz entfernt, weil Licht, das unterschiedlich polarisiert ist

Wenn es durch interferierende Wahrscheinlichkeitswellen verursacht wird, kann man dann mit Recht sagen, dass das unterschiedliche Polarisieren beider Schlitze, um ein "Welche-Wege" -Experiment durchzuführen, nicht wirklich misst, in welche Richtung sie gegangen sind? Es ist nur das "Einrichten" für eine Messung. Warum verschwinden Störungen bei unterschiedlicher Polarisierung, wenn dies der Fall ist?

Es ist eine Wahrscheinlichkeitswelle.
Und Polarisation ist kein Teil der Wahrscheinlichkeitswellenfunktion? Hm.
Es gibt keine Wahrscheinlichkeitswelle. Es gibt eine QED-Wellenfunktion, aber die Verwendung von Quantenelektrodynamik ist für dieses Experiment völlig übertrieben, da wir uns hier nicht für die Wechselwirkung des elektromagnetischen Felds mit Materie interessieren. Die Unterscheidung zwischen Einzelphotonen- und Mehrphotoneninterferenz ist völlig unsinnig. Photonen interagieren nicht miteinander, da das em-Feld bei der Energie und Energiedichte dieses Experiments perfekt linear ist. Das Experiment selbst ist überhaupt kein Quantenexperiment.
Das Doppelspaltexperiment lässt sich entweder klassisch oder mit Photonen beschreiben, wie ich hier zeige . Die beiden Ansätze sind völlig gleichwertig.
Auch der konzeptionelle Inhalt der beiden ist identisch. Der Ort, an dem Sie stolpern, ist dort, wo Sie fragen, „ welchen Weg [die Photonen] gegangen sind“, was keine klar definierte Frage ist. Es ist genauso sinnlos wie die Frage, durch welchen Schlitz eine elektromagnetische Welle gegangen ist – es ist weder das eine noch das andere, sondern eine Überlagerung von beidem.
Das Experiment kann übrigens mit Oberflächenwellen auf Wasser durchgeführt werden. In welche Richtung gingen die Wasserwellen, als sie ein sehr ähnliches Muster verursachten?
@CuriousOne Es ist das Doppelspaltexperiment mit jeweils einem Photon, das zeigt, dass das Muster auf dem Bildschirm als Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung für Photon interpretiert werden kann (Sie wissen, diese Dinger, die EINEN Punktabdruck auf dem Bildschirm hinterlassen).
@anna_v: Bitte hören Sie auf, diese Fehlinformationen zu verbreiten. Sie sollten wissen, was passiert, wenn zwei Photonen tatsächlich interagieren: Wir bekommen andere Teilchen mit neuen Energien. So etwas wurde noch nie bei sichtbarem Licht im Vakuum gesehen, und niemand erwartet, dass es beobachtet wird, bis wir eine echte Gamma-Gamma-Beschleunigermaschine haben. Jedes jemals mit Photonen durchgeführte Doppelspaltexperiment ist ein Einzelphotonenexperiment. Sie testen höchstens die zeitliche und räumliche Auflösung Ihres Detektors ... aber das hat absolut nichts mit Photonenwechselwirkungen zu tun.
@CuriousOne: Man kann zwei separate Detektoren hinter den Doppelspalt stellen, die jeweils die Intensität messen und dann Korrelationen zwischen den Signalen dieser beiden Detektoren betrachten. Das wäre eine Art Hanbury-Brown-Twist-Experiment, was impliziert, dass zwei Photonen beteiligt sind. Es würde mich wundern, dass dies noch nicht geschehen ist.
@flippiefanus: Wenn Sie also zwei Detektoren hinter das Experiment stellen, erhalten Sie blaues Licht aus zwei roten Photonen? Warum frage ich das? Denn das passiert, wenn zwei Photonen tatsächlich in der vollständigen, nichtlinearen Selbstwechselwirkungstheorie in zweiter Ordnung interagieren.
@CuriousOne: nein, Interaktionen sind nicht erforderlich. Informieren Sie sich über Hanbury-Brown-Twist.
@flippiefanus: Wenn es keine Wechselwirkungen gibt, dann testest du nur den freien Propagator der linearen Theorie erster Ordnung. Das ist das einzige, was ein optisches Experiment im Moment tun kann. Es gibt einfach nicht genug Photonen selbst im ultrakurzen Laserpuls mit der höchsten Leistung, um darüber hinauszugehen. Wir arbeiten an Gamma-Gamma-Beschleunigern, die mehr können, aber natürlich keine Schlitze in den Strahlengang bringen.
@CuriousOne: Ja? Ich glaube, ich verfehle deinen Punkt. Man kann in solchen Zwei-Photonen-Beobachtungen selbst in Abwesenheit von Wechselwirkungen nicht triviale Korrelationen erkennen. Ein Beispiel ist die Arbeit an Zwei-Photonen-Speckle.
@flippiefanus: Du interpretierst das Experiment falsch. In diesen Experimenten gibt es keine Photon-Photon-Wechselwirkungen, da sonst die Photonenenergien, die hineingehen, sich von denen unterscheiden würden, die herauskommen. Bitte schauen Sie sich die Feynman-Diagramme niedrigster Ordnung für QED an. Ja, es gibt n-Punkt-Korrelationen, aber die gibt es auch bei Wasserwellen. Diese haben nichts mit der Quantenmechanik des elektromagnetischen Feldes zu tun. Sie existieren in jeder linearen Theorie. Sie können diese auf einfachen gekoppelten harmonischen Oszillatoren erzeugen, wenn Sie möchten.
@CuriousOne: Das ist genau mein Punkt. Man kann ein Experiment machen, bei dem man das Feld mit zwei Detektoren an verschiedenen Stellen hinter den beiden Schlitzen misst und sich die Korrelationen ansieht (4-Punkt-Funktion). Das Ergebnis wäre wie ein HBT-Experiment, das sich in einem rein klassischen Kontext erklären lässt. Allerdings gibt es Fälle solcher Zwei-Photonen-Experimente ohne klassisch nicht erklärbare Wechselwirkung, wie etwa den Hong-Ou-Mandel-Effekt. Ich glaube, wir werden hier abgelenkt. Also lass uns das beenden.
@flippiefanus: Ja, du kannst diese Experimente den ganzen Tag machen, aber du wirst nichts daraus lernen. Die Ergebnisse sind bereits bekannt. Ich weiß nicht, warum Sie denken, dass es eine klassische Erklärung für die Quantenwelt geben muss. Das war nie nötig. Was notwendig ist und seit 1929 in immer vollständigeren Versionen existiert, ist eine Erklärung, wie die klassische Welt aus der Quantenwelt hervorgeht, die aber auch nicht aus dem Doppelspaltexperiment und seinen Variationen gelernt werden kann.
Jetzt legen Sie mir Worte in den Mund, ich habe nie gesagt, dass man eine klassische Erklärung für die Quantenwelt haben kann.

Antworten (2)

Konzentrieren wir uns nur auf den einen Aspekt der Frage nach dem Grund, warum die Polarisationsmarkierung der Spalte die Interferenz in der Interpretation der „Wahrscheinlichkeitswellen“ beseitigen würde:

Erstens muss man, wie in den Kommentaren angegeben, mit dieser „Wahrscheinlichkeitswellen“-Interpretation vorsichtig sein. Es ist wirklich eine Wahrscheinlichkeitsamplitude und trägt als solche alle Freiheitsgrade, einschließlich der Polarisation des Zustands/Felds. Wenn der Teil des Feldes von den verschiedenen Schlitzen hinsichtlich ihrer Polarisation markiert wird, würde die Interferenz verschwinden. Man 'zeichnet' gewissermaßen den unbeobachteten Freiheitsgrad, die Polarisation, nach. Das wird wirklich klarer, wenn Sie rechnen. Ich kann das später hinzufügen, wenn Sie möchten (habe jetzt keine Zeit). Übrigens kann man die Interferenz mit einem weiteren Polarisator hinter der Blende wieder auffangen, wenn dieser Polarisator aus beiden Feldern eine gemeinsame Polarisation auswählt.

Das Grundgerüst der physikalischen Welt, das wir mit unseren Experimenten untersucht haben, ist definitiv quantenmechanisch. Aus dieser quantenmechanischen Ebene treten die klassischen Teilchen und Wellen mathematisch glatt hervor.

Will man zum Grundgerüst des Lichts gehen, muss man sich der Quantenmechanik bedienen. Die Quantenmechanik stützt sich auf Postulate , die den selbstkonsistenten mathematischen Funktionen zusätzlich zu den mathematischen Axiomen auferlegt werden, um Messungen mit der Mathematik zu verbinden. Entscheidend für QM ist die Born-Regel

ist ein Gesetz der Quantenmechanik, das die Wahrscheinlichkeit angibt, dass eine Messung an einem Quantensystem ein bestimmtes Ergebnis liefert. Es ist nach seinem Begründer, dem Physiker Max Born, benannt.

Es kann gezeigt werden, dass klassische elektromagnetische Wellen durch einen Zusammenfluss von Photonen aufgebaut werden , aber dies erfordert den Formalismus der Quantenfeldtheorie, der auf den quantenmechanischen Postulaten basiert. Die Wellenfunktion eines Photons wird quantenmechanisch durch eine quantisierte Maxwell-Gleichung abgeleitet, und es sollte nicht überraschen, dass die Lösungen an der klassischen Grenze verschmelzen.

Beachten Sie, eine einzelne Messung. Beim Doppelspalt-Einzelphotonenexperiment ist es die Wahrscheinlichkeit, dass ein Punkt bei (x,y) des Schirms gesehen wird.

einzelnes Photon ds

Quantenmechanisch betrachtet ist das das Interferenzmuster, die Verteilung der Photonen baut eine Wahrscheinlichkeitsdichte auf.

Es ist nur das "Einrichten" für eine Messung.

wie du sagst.

Warum verschwinden Störungen bei unterschiedlicher Polarisierung, wenn dies der Fall ist?

Im Prinzip ist diese Wahrscheinlichkeitsdichte die Lösung des quantenmechanischen Randwertproblems „Photonenstreuung an zwei bestimmten Spalten“. Da die Lösungen quantenmechanischer Gleichungen meist sinusförmig sind und Sinus und Cosinus beim Addieren oder Subtrahieren von Funktionen in der Regel Interferenzmuster zeigen, sollte es nicht überraschen, dass, wenn die Messwahrscheinlichkeit von Sinusverteilungen abhängt, Interferenzmuster auftreten oder verschwinden können. abhängig von den Randbedingungen, in diesem Fall diejenigen, die eine Polarisierung auferlegen.

Können Sie mir experimentelle Beweise für ein Doppelspalt-Zwei-Photonen-Experiment zeigen?
@CuriousOne du wirst lustig in deiner Monomanie von "QFT über alles". Können Sie mir experimentelle Beweise für ein Zwei-Elektronen-Experiment zeigen? Sie sollten die ersten sein, die von der HUP und der Unmöglichkeit wissen, genau die gleiche Zwei-Teilchen-Wellenfunktion als Anfangsbedingung bei der Streuung aufzustellen, was wichtig ist, um die resultierenden Verteilungen analysieren zu können
Alles, was ich verlange, ist, dass Sie mir ein Zwei-Photonen-Doppelspalt-Experiment zeigen. Darf ich Ihnen ein Zwei-Elektronen-Experiment zeigen? Ja, das hast du vor einiger Zeit bei LEP gemacht. Ich kann Ihnen sogar ein Many-Quark/Gluon-Experiment zeigen ... das tun LHC-Wissenschaftler, wenn sie Blei auf Blei kollidieren.
@CuriousOne nein, lep war die Streuung eines Elektrons an einem Positron im Massenmittelpunkt mit bekanntem Energieimpulsvektor. es ist kein Zwei-Elektronen-Experiment. lass uns hier aufhören. Ich muss für meine Familie kochen.
Wir sollten offline darüber reden ... Ich denke, Sie werden eines Tages verstehen, was ich meine. Versprich mir nur, ein wenig darüber nachzudenken.
Welche Welle stört das Doppelspaltexperiment?
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