Как объяснить исчезновение интерференционной картины в опыте с электронами при установке детектора «которым путем» и какие эксперименты/интерпретации позволяют отличить эффект фундаментального коллапса волфункции от декогеренции из-за взаимодействия с окружением
Как объяснить исчезновение интерференционной картины в опыте с электронами при установке детектора «которым путем» и какие эксперименты/интерпретации позволяют отличить эффект фундаментального коллапса волфункции от декогеренции из-за взаимодействия с окружением
Похожие вопросы
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
- При включении «которым путём» детектора электрон и детектор (или окружение) становятся запутанными, а фаза между путями «маскируется». При начальном чистом состоянии системы+детектор имеем
∣Ψ⟩=c1∣ψ1⟩∣E1⟩+c2∣ψ2⟩∣E2⟩, |\Psi\rangle = c_1|\psi_1\rangle|E_1\rangle + c_2|\psi_2\rangle|E_2\rangle,
∣Ψ⟩=c1 ∣ψ1 ⟩∣E1 ⟩+c2 ∣ψ2 ⟩∣E2 ⟩, где ∣ψ1,2⟩|\psi_{1,2}\rangle∣ψ1,2 ⟩ — волновые функции путей, ∣E1,2⟩|E_{1,2}\rangle∣E1,2 ⟩ — состояния детектора/окружения. Снижаемая плотностная матрица электрона содержит междиагональные члены, умноженные на перекрытие состояний детектора:
ρS=(∣c1∣2c1c2∗⟨E2∣E1⟩c1∗c2⟨E1∣E2⟩∣c2∣2). \rho_S=\begin{pmatrix}
|c_1|^2 & c_1 c_2^* \langle E_2|E_1\rangle\\[4pt]
c_1^* c_2 \langle E_1|E_2\rangle & |c_2|^2
\end{pmatrix}.
ρS =(∣c1 ∣2c1∗ c2 ⟨E1 ∣E2 ⟩ c1 c2∗ ⟨E2 ∣E1 ⟩∣c2 ∣2 ). Интерференционная видимость пропорциональна величине ⟨E2∣E1⟩\langle E_2|E_1\rangle⟨E2 ∣E1 ⟩. Если ⟨E2∣E1⟩→0\langle E_2|E_1\rangle\to0⟨E2 ∣E1 ⟩→0 (полное различие состояний детектора), междиагонали исчезают → нет интерференции.
Количественная формулировка комплементарности (Англерт):
D2+V2≤1, D^2+V^2\le1,
D2+V2≤1, где DDD — различимость путей (which‑path information), VVV — видимость интерференции.
Чем отличается фундаментальный коллапс от декогеренции и как это проверить
- Суть различия:
- Декогеренция: потеря интерференции обусловлена энтангглементом с детектором/окружением; глобальное состояние остаётся чистым, утраченная когерентность «скрыта» в корреляциях и в принципе может быть восстановлена, если контролировать/измерить окружающую систему.
- Фундаментальный коллапс (например, GRW/CSL): физический, стохастический разрыв унитарной эволюции системы; когерентность уничтожается объективно и невозвратно, независимо от того, можно ли «поймать» окружение.
- Экспериментальные подходы для отличия:
1. Квантовый ластик / quantum eraser:
- Реализуют корреляцию электрон + детектор так, что можно «стереть» информацию о пути (произвести измерение детектора в базисе, где ∣E1⟩|E_1\rangle∣E1 ⟩ и ∣E2⟩|E_2\rangle∣E2 ⟩ перекрываются). Если после стирания интерференция восстанавливается — явление объясняется декогеренцией (нет фундаментального коллапса). Если восстановление невозможно при идеальной изоляции — признак объективного коллапса.
2. Отложенный выбор и слабые измерения:
- Показать, что решение о наличии/отсутствии интерференции можно отложить и что корреляции позволяют восстановить интерференцию даже после регистрации электронов — поддержка интерпретации через запутанность/декогеренцию.
3. Контролируемое изменение силы связи с окружением:
- Измеряют зависимость видимости VVV от параметра взаимодействия (например, интенсивность считывания, давление газа, степень рассеяния). Декогеренция даёт предсказуемую экспоненциальную затухание междиагоналей с расчётной скоростью; коллапс-модели предсказывают отличную по форме и по масштабам зависимость (и возможные дополнительные шумы).
4. Попытки «восстановления» (рекоэренция) через измерение/пост‑селекцию состояний окружения:
- На практике: если после записи состояния детектора манипуляцией/селекцией можно восстановить интерференцию в подмножестве событий → нет фундаментального коллапса.
5. Тесты объективных коллапс‑моделей:
- Эти модели дают конкретные дополнительные эффекты (нагрев, гамма/рентгеновское излучение, потеря интерференции для макроскопических масс). Эксперименты с интерференцией крупных молекул, холодными механическими резонаторами и поиск дополнительного шума/излучения ставят строгие ограничения на параметры коллапса.
Практический критерий различения
- Попробуйте: (i) максимально изолировать систему от окружения; (ii) реализовать контролируемый «детектор» состояние которого можно измерить в разном базисе; (iii) выполнить квантовый ластик/пост‑селекцию. Восстановление интерференции однозначно указывает на декогеренцию/энтangled‑описание; невосстановление при строгой изоляции и соответствие предсказаниям моделей коллапса — аргумент в пользу объективного коллапса (потребует исключения технических шумов и тщательного тестирования).
Коротко: исчезновение интерференции при установке детектора — результат запутывания и подавления междиагоналей плотностной матрицы (∝⟨E2∣E1⟩\propto\langle E_2|E_1\rangle∝⟨E2 ∣E1 ⟩). Эксперименты quantum eraser, контролируемая декогеренция и тесты на дополнительные эффекты (шум/излучение) позволяют отличить обычную декогеренцию от фундаментального коллапса: возможность восстановить интерференцию — в пользу декогеренции, её принципиальная невозможность и наличие предсказанных побочных эффектов — в пользу объективного коллапса.