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

20 Ноя в 08:37
4 +3
0
Ответы
1
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 LDL +RDR ,
где ∣DL⟩, ∣DR⟩|D_L\rangle,\ |D_R\rangleDL , 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 (LL+RR+DR DL LR+DL DR RL).
Если ⟨DR∣DL⟩=0\langle D_R|D_L\rangle=0DR 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+V21.

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.
20 Ноя в 09:14
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
Прямой эфир