Кратко, по сути.
Сравнение интерпретаций
- Копенгаген: электрон описывается волфункцией, которая даёт интерференцию. Акт измерения «коллапсирует» волфункцию в одно из состояний пути; при наличии нерушимо зарегистрированной информации о пути интерференция исчезает. Коллапс — физический (в предметной интерпретации) или эпистемический (в более мягкой) постулат, вне динамики Шрёдингера не описываемый.
- Многомировая (MWI): единая унитарная эволюция без коллапса. При взаимодействии с детектором происходит ветвление в разные «миры» (состояния детектора $|D_L⟩,|D_R⟩$), в каждом мире частица имеет определённый путь; интерференция исчезает потому, что ветви становятся декогерентными (их состояние детектора практически ортогонально), т.е. нет фазовой когерентности между ветвями.
- де‑Бройль — Бом (пилот‑волна): частица всегда имеет детерминированную траекторию, управляемую волновой функцией (пилотом). Интерференция обусловлена наличием пилот‑волны, влияющей на траекторию; измерение пути разрушает интерференцию потому, что прибор меняет пилот‑волну и/или даёт информацию, которая меняет начальные условия и квантовый потенциал. В отличие от копенгагена, отсутствует «стохастический коллапс», есть нелокальное руководство.
Роль измерительного устройства — entanglement + декогеренция
- Формально: исходное суперпозиционное состояние путей
$$|\psi ⟩=\frac{|L⟩+|R⟩}{\sqrt{2}}$$ после взаимодействия с детектором принимает вид
$$|\Psi ⟩=\frac{|L⟩|D_L⟩+|R⟩|D_R⟩}{\sqrt{2}}.$$ Редуцированная матрица плотности электрона содержит офф‑диагонали, умноженные на перекрытие состояний детектора:
$${\rho }_e=\frac{1}{2}(|L⟩⟨L|+|R⟩⟨R|+⟨D_R|D_L⟩|L⟩⟨R|+\text{h.c.}).$$ Коэффициент когерентности $\gamma =⟨D_R|D_L⟩$ определяет видимость интерференции: $V=|\gamma |$. При $\gamma \to 0$ интерференция исчезает.
- Англёртовское неравенство (комплементарность пути и интерференции):
$$D^2+V^2\le 1,$$ где $D$ — различимость пути (which‑path information), $V$ — видимость полос.
- Практически прибор разрушает когерентность двумя способами: (i) идеальное считывание пути — формально «крушение» офф‑диагоналей через энтанглмент; (ii) влияние на фазу/импульс электрона (заметное рассеивание), которое локально меняет волновую функцию. Те же математические предсказания дают MWI (дефакто отсутствие интерференции из‑за декогеренции) и копенгаген (коллапс), статистика совпадает, различия философские или проявляются только при предположении объективного коллапса.
Экспериментальная модификация, проливающая свет
Цель: контролируемо менять $\gamma =⟨D_L|D_R⟩$ и одновременно измерять состояние детектора, а также делать слабые измерения траекторий. Предлагаемая схема (конкретно для электронов):
1) Маркер пути: использовать спин электрона (или квантовую точку/счетчик заряда) как which‑path маркер с настраиваемой «связью» g. На левом и правом пути реализовать локальные магнитные поля/локальные спин‑вращения так, чтобы после прохождения по путям состояния маркера были $|m_L⟩$ и $|m_R⟩$ с управляемым перекрытием $⟨m_R|m_L⟩=\gamma$ (можно плавно менять величину через угол поворота спина или через контролируемую слабую рассеивательную силу).
2) Измерения:
- Измерять видимость интерференции $V$ при разных значениях управляющего параметра $g$ (или угла спина).
- Параллельно выполнять квантовую томографию состояния маркера (или измерять различимость $D$) для проверки $D^2+V^2\le 1$.
- Проводить «quantum eraser»: после маркировки выполнить унитарную операцию на маркере, переводящую $|m_{L,R}⟩$ в почти совпадающие состояния (восстановление $\gamma$) и смотреть восстановление интерференции — покажет, что потеря интерференции обусловлена доступной информацией, а не «физическим уничтожением» волновой структуры.
3) Слабые измерения траекторий:
- Выполнить weak‑measurement лабораторию (как в Kocsis et al.) для восстановления потоковой картины среднего траекторного поля при разной степени маркировки и при последующем «стирании» информации. Сравнить восстановленные средние траектории с предсказаниями пилот‑волновых траекторий. Это покажет, как именно «направляющее поле» меняется под воздействием детектора.
4) Проверка на объективный коллапс (GRW/CSL): провести эксперимент в максимально изолированной среде, минимизируя внешнюю декогеренцию; если при нулевой настраиваемой связи остаётся остаточная потеря видимости выше предсказанного шумом, это может указывать на объективный коллапс с заданными параметрами. Нужно измерять очень низкие уровни $\gamma$ и статистику при долгих временах полёта.
Что отличает интерпретации в результате такого эксперимента
- Копенгаген и MWI при стандартной квантовой механике дадут одинаковые статистические зависимости $V(\gamma )$ и поведение при quantum‑eraser. MWI объяснит это унитарной эволюцией + декогеренцией; копенгаген — коллапсом при извлечении информации.
- Де‑Бройль — Бом даст те же предсказания для распределений на детекторе; дополнительно пилот‑волна предоставляет конкретные траектории, которые можно сравнить со средними weak‑траекториями (однако совпадение средних не доказывает уникальность Бома).
- Объективные модели коллапса (GRW/CSL) могут предсказать дополнительные потери видимости независимо от измерителя; эксперимент с очень слабой или отсутствующей связью + длительным временем полёта и сверхизолированием может ограничить параметры таких моделей.
Кратко о реализации практичности
- Электроны в интерферометре с контролируемыми локальными магнитными полями и спин‑манипуляцией или электронные квантовые точки + чувствительные детекторы заряда — технологически достижимо.
- Ключевые сигналы: графики $V$ vs параметр связи $g$, измеренная $\gamma =⟨D_R|D_L⟩$ (томография маркера), восстановление интерференции после «стирания», и weak‑trajectory‑карты при разных степенях декогеренции.
Вывод (в одну фразу): формально исчезновение полос описывается единым механизмом — энтанглментом с детектором и подавлением офф‑диагоналей (декогеренцией); разные интерпретации дают разную онтологию (коллапс, ветвление, пилот‑волна), и эксперимент с контролируемой маркировкой пути, quantum‑eraser и weak‑measurement + изоляцией для теста объективных коллапсов способен пролить свет на различия (особенно на наличие/отсутствие дополнительного объективного коллапса).