Опишите, почему при эксперименте «двух щелей» для электронов интерференционная картина исчезает при установке детектора и какие модели квантовой механики (волновая функция, декогеренция, интерпретации) наиболее последовательно объясняют этот эффект
Опишите, почему при эксперименте «двух щелей» для электронов интерференционная картина исчезает при установке детектора и какие модели квантовой механики (волновая функция, декогеренция, интерпретации) наиболее последовательно объясняют этот эффект
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
Почему исчезает интерференция
- Интерференция требует когерентной суперпозиции путей; для двух щелей состояние электрона до измерения можно записать как
∣ψ⟩=∣1⟩+∣2⟩2\displaystyle |\psi\rangle=\frac{|1\rangle+|2\rangle}{\sqrt{2}}∣ψ⟩=2 ∣1⟩+∣2⟩ .
- Установка детектора приводит к взаимодействию (измерению) и к запутыванию электрона с состоянием прибора:
∣Ψ⟩=∣1⟩∣D1⟩+∣2⟩∣D2⟩2\displaystyle |\Psi\rangle=\frac{|1\rangle|D_1\rangle+|2\rangle|D_2\rangle}{\sqrt{2}}∣Ψ⟩=2 ∣1⟩∣D1 ⟩+∣2⟩∣D2 ⟩ .
- Для наблюдаемой электрона берём редуцированную матрицу плотности, полученную трассировкой по прибору:
ρel=12(∣1⟩⟨1∣+∣2⟩⟨2∣+⟨D2∣D1⟩∣1⟩⟨2∣+⟨D1∣D2⟩∣2⟩⟨1∣). \rho_{\text{el}}=\frac{1}{2}\Big(|1\rangle\langle1|+|2\rangle\langle2|+\langle D_2|D_1\rangle|1\rangle\langle2|+\langle D_1|D_2\rangle|2\rangle\langle1|\Big).
ρel =21 (∣1⟩⟨1∣+∣2⟩⟨2∣+⟨D2 ∣D1 ⟩∣1⟩⟨2∣+⟨D1 ∣D2 ⟩∣2⟩⟨1∣). Кросс-члены (ответственные за интерференцию) умножаются на перекрытие ⟨D1∣D2⟩\langle D_1|D_2\rangle⟨D1 ∣D2 ⟩. Если состояния прибора, фиксирующие разные пути, практически ортогональны (⟨D1∣D2⟩≈0\langle D_1|D_2\rangle\approx 0⟨D1 ∣D2 ⟩≈0), то кросс-члены исчезают и интерференция исчезает. Физически это означает: запись информации о «каком пути» разрушает фазовую когерентность между путями.
Какие модели/интерпретации объясняют эффект
- Копенгагенская (волновая функция + коллапс): измерение «коллапсирует» суперпозицию в один из путей — объяснение операциональное и простое; не даёт микрофизического механизма коллапса.
- Декогеренция (теория, не альтернатива интерпретациям): показывает (через запутывание с прибором/окружением) как быстро исчезают внедиагональные элементы матрицы плотности и почему система выглядит классической. Декогеренция объясняет исчезновение интерференции количественно, но не решает проблему выбора единственного исхода — она даёт «появление» коллапса без реального нелинейного процесса.
- Многомировая интерпретация (Everett): единичная унитарная эволюция + декогеренция — возникновение ветвления, в каждой ветви детектор фиксирует конкретный путь; интерференция между ветвями подавлена из-за декогеренции.
- Теория де Бройля — Бома: частица всегда имеет траекторию, сопровождаемую «направляющей волной». Детектор меняет волновое поле (и/или выносит информацию в окружение), поэтому интерференция исчезает; даёт детерминистскую картину с сохранением результатов эксперимента.
- Модели объективного коллапса (GRW, CSL): вводят реальный стохастический коллапс волфункции при измерениях/макроскопических взаимодействиях; исчезновение интерференции — следствие физического коллапса.
Краткая оценка
- Для количеального объяснения исчезновения интерференции наиболее прямое и последовательное объяснение даёт механизм запутывания + декогеренции (подавление внедиагональных членов через ⟨D1∣D2⟩→0\langle D_1|D_2\rangle\to 0⟨D1 ∣D2 ⟩→0).
- Вопрос «почему выбирается один конкретный детерминированный результат» зависит от интерпретации: Копенгаген/коллапс, Многомиры (ветвление), или объективные коллапсы дают разные ответы; Бомова механика даёт детерминированную траекторию с изменённой волновой функцией.