В эксперименте с электронами на эффекте двоичной щели частицы создают распределение, характерное для волн — как интерпретировать переход от волнового к корпускулярному поведению при установке детектора у щелей
Коротко — потому что установка детектора у щелей делает возможным получение информации о пути электрона; это либо «коллапс волновой функции», либо (в более формальном описании) образование запутанного состояния с детектором и потеря когерентности (декогеренция). Последствия можно показать формально. 1) Без детектора электрон в суперпозиции: ∣ψ⟩=∣L⟩+∣R⟩2.
|\psi\rangle=\frac{|L\rangle+|R\rangle}{\sqrt{2}}. ∣ψ⟩=2∣L⟩+∣R⟩. 2) При включении детектора электрон и детектор становятся запутанными: ∣Ψ⟩=∣L⟩∣DL⟩+∣R⟩∣DR⟩2,
|\Psi\rangle=\frac{|L\rangle|D_L\rangle+|R\rangle|D_R\rangle}{\sqrt{2}}, ∣Ψ⟩=2∣L⟩∣DL⟩+∣R⟩∣DR⟩,
где ∣DL⟩, ∣DR⟩|D_L\rangle,\ |D_R\rangle∣DL⟩,∣DR⟩ — состояния детектора, помечающие путь. 3) Редуцированная матрица плотности электрона содержит коэффициенты когерентности, умноженные на перекрытие состояний детектора: ρe=12(∣L⟩⟨L∣+∣R⟩⟨R∣+⟨DR∣DL⟩∣L⟩⟨R∣+⟨DL∣DR⟩∣R⟩⟨L∣).
\rho_e=\frac{1}{2}\big(|L\rangle\langle L|+|R\rangle\langle R|+\langle D_R|D_L\rangle|L\rangle\langle R|+\langle D_L|D_R\rangle|R\rangle\langle L|\big). ρe=21(∣L⟩⟨L∣+∣R⟩⟨R∣+⟨DR∣DL⟩∣L⟩⟨R∣+⟨DL∣DR⟩∣R⟩⟨L∣).
Если ⟨DR∣DL⟩=0\langle D_R|D_L\rangle=0⟨DR∣DL⟩=0 (детектор даёт однозначную информацию о пути), диагональные элементы остаются, а офф-диагонали—нулевые → интерференция исчезает. 4) Частичное различение путей даёт частичную потерю интерференции: видимость интерференции VVV и distinguishability путей DDD связаны неравенством Энґерта D2+V2≤1.
D^2+V^2\le 1. D2+V2≤1. Дополнительно: «исчезновение интерференции» наступает не потому, что частица вдруг стала «корпускулой» сама по себе, а потому что информация о пути существует (или может, даже теоретически) в состоянии детектора; если эту информацию стереть (quantum eraser) — интерференция может восстановиться при постселекции. Выбор интерпретации (коллапс vs декогеренция/запутанность) зависит от предпочтений в философии квантовой механики.
1) Без детектора электрон в суперпозиции:
∣ψ⟩=∣L⟩+∣R⟩2. |\psi\rangle=\frac{|L\rangle+|R\rangle}{\sqrt{2}}.
∣ψ⟩=2 ∣L⟩+∣R⟩ .
2) При включении детектора электрон и детектор становятся запутанными:
∣Ψ⟩=∣L⟩∣DL⟩+∣R⟩∣DR⟩2, |\Psi\rangle=\frac{|L\rangle|D_L\rangle+|R\rangle|D_R\rangle}{\sqrt{2}},
∣Ψ⟩=2 ∣L⟩∣DL ⟩+∣R⟩∣DR ⟩ , где ∣DL⟩, ∣DR⟩|D_L\rangle,\ |D_R\rangle∣DL ⟩, ∣DR ⟩ — состояния детектора, помечающие путь.
3) Редуцированная матрица плотности электрона содержит коэффициенты когерентности, умноженные на перекрытие состояний детектора:
ρe=12(∣L⟩⟨L∣+∣R⟩⟨R∣+⟨DR∣DL⟩∣L⟩⟨R∣+⟨DL∣DR⟩∣R⟩⟨L∣). \rho_e=\frac{1}{2}\big(|L\rangle\langle L|+|R\rangle\langle R|+\langle D_R|D_L\rangle|L\rangle\langle R|+\langle D_L|D_R\rangle|R\rangle\langle L|\big).
ρe =21 (∣L⟩⟨L∣+∣R⟩⟨R∣+⟨DR ∣DL ⟩∣L⟩⟨R∣+⟨DL ∣DR ⟩∣R⟩⟨L∣). Если ⟨DR∣DL⟩=0\langle D_R|D_L\rangle=0⟨DR ∣DL ⟩=0 (детектор даёт однозначную информацию о пути), диагональные элементы остаются, а офф-диагонали—нулевые → интерференция исчезает.
4) Частичное различение путей даёт частичную потерю интерференции: видимость интерференции VVV и distinguishability путей DDD связаны неравенством Энґерта
D2+V2≤1. D^2+V^2\le 1.
D2+V2≤1.
Дополнительно: «исчезновение интерференции» наступает не потому, что частица вдруг стала «корпускулой» сама по себе, а потому что информация о пути существует (или может, даже теоретически) в состоянии детектора; если эту информацию стереть (quantum eraser) — интерференция может восстановиться при постселекции. Выбор интерпретации (коллапс vs декогеренция/запутанность) зависит от предпочтений в философии квантовой механики.