Стараюсь максимально просто объяснить чтобы и самому понять.
В опыте Томаса Юнга 1803 года фотоны света пролетали через одну или две щели в преграде и оставляли след на экране. При пролете через одну щель фотоны оставляют одну полоску на экране напротив щели. А при пролете через две щели фотоны проявляют себя как волна, потому что на экране возникает так называемая "интерференционная картина", которая может возникать при наложения двух волн одинаковой частоты, исходящих из 2-х точек (или щелей). Она представляет собой чередование ярких и светлых полос.
Яркие полосы там где гребни волн налагаются друг на друга, а темные - где верхний гребень одной волны налагается на нижний гребень другой (противофаза).
Тогда ученые поняли впервые, что фотон - волна. Давно это было. Позже тоже самое выяснилось и о электроне и многих других частицах.
Чтобы в этом точно убедиться, этот опыт, по мере развития техники, усовершенствовали до такой степени, что смогли стрелять не пучком электронов, а отдельными электронами. И оказалось, что каждый отдельный электрон создавал на экране интерференционную картину как будто он волна.
Все бы было так просто, если бы кому-то не пришло в голову понаблюдать, через какую из 2 щелей пролетел каждый электрон. И под наблюдением, к изумлению ученых, на экране появились две полоски (то есть, электроны вели себя как частицы - каждый раз пролетали только через одну щель).
Что значит "наблюдать"? Это значит, возле каждой щели ставился специальный датчик, который подавал сигнал, если именно через его щель пролетала частица.
Получается 2 возможных варианта объяснения:
1. "Мистический": Поведение электрона зависит от того, ведется ли за ним наблюдение или нет.
2. "Естественный": на электрон влияет то техническое устройство ("датчик"), которое фиксирует, через какую щель пролетает частица.
К еще большему удивлению ученых выяснилось, что результат одинаков для разных видов датчиков, точнее, для разных технологий наблюдения и для разных частиц. То есть, любое наблюдение одинаково влияет на поведение. Независимость от способа наблюдения усиливала подозрение в пользу мистического варианта объяснения как будто важен сам факт наблюдения, а не влияние прибора.
Чтобы разобраться с этим, решили усложнить опыт так, чтобы полностью исключить влияние датчика. Каким образом? Поставили эксперимент так, чтобы датчик пролета частицы через щель срабатывал ПОСЛЕ того, как частица уже проявила себя либо как частица, либо как волна, оставив соответствующий след на экране.
И вот именно тут произошло подтверждение мистического объяснения. Оказалось, будущие действия влияли на прошлые события. Если показания с датчика считывались после прилета частицы на экран, то оказывалось, что частица не вела себя как волна. А если не считывались - то на экране оставался след от волны.
Этот вариант эксперимента называется "Эксперимент с отложенным выбором". Потому что вы на будущее переносите решение считывать ли информацию о том, через какую щель летела частица, или не считывать.
Вот об этом из Википедии https://goo.gl/iJrYUv :
Основной результат эксперимента заключается в том, что не имеет значения, был процесс стирания выполнен до или после того, как фотоны достигли экрана детектора (и заявили о себе либо как частица либо как волна) [1][2]
В пользу того, что на результат влияет сам факт наблюдения, а не наличие физического датчика, говорит то, что самые выдающиеся нобелевские физики 20 века Эйнштейн, Бор и другие много обсуждали это явление. Если бы всё упиралось в обычное физическое влияние детектора, никто бы не удивился, и говорить было бы не о чем. Напротив, ученые повыдвигали много сложных теорий по объяснению феномена. Точнее, по законам микромира на основании открытого феномена, при котором будущее наблюдение как-то влияет на прошлое событие. В частности, Эйнштейн так выразился:
«Вы действительно верите в то, что Луны нет на небе, пока мы не взглянем на неё?»
***
А теперь подробнее. Как технически проводится эксперимент?
Каким образом можно установить датчик, до которого частица долетит после того, как она уже прилетела на экран? Разве такое возможно? Раз прилетела на экран, то, дальше никуда не летит.
Для начала надо познакомиться с важнейшим понятием квантовой механики "запутанная пара".
Это 2 частицы, которые появились в результате одного события, и, находясь на любом расстоянии друг от друга, обладают взаимосвязанными свойствами таким образом, что изменения какого-либо параметра одного члена запутанной пары очень быстро влияют на этот же параметр другого фотона, даже, если он находится на другом краю вселенной.
Что такое "очень быстро"? Это, по крайней мере, в 100 000 раз быстрее скорости света!!! (А, возможно, эта скорость передачи информации внутри запутанной пары вообще ... бесконечна!!! Просто у науки пока нет инструментов для измерения таких скоростей).
Когда было открыто существование таких связанных между собой пар частиц, появилась возможность для эксперимента с отложенным выбором. Одна частица оставляет след на экране, (она называется "сигнальная частица"), а другая продолжает лететь в другом направлении в сторону датчика-указателя щели, через которую летит частица. Это называется "холостая частица". Если датчик будет включен, то, в экспериментах всегда оказывалось, что сигнальная частица оставила след на экране как след от частицы, а не от волны. А если он не был включен, то, на экране был след волны.
Напоминаю, до экрана частица долетает раньше чем до датчика. Но, долетев до экрана в лаборатории на Земле, она уже "знает" будет ли включен датчик, даже если он стоит на Луне. В этом заключается мистический элемент.
Сразу возникает желание включить или выключить датчик после того, как частица уже прилетела на экран. Но это не возможно. Поскольку датчик стоит в этом эксперименте дальше экрана, то любой сигнал на его включение будет идти некоторое время не выше скорости света. И наша команда дойдет до него в идеальном случае одновременно с фотоном, а в реальности всегда хотя бы на мгновение дольше.
***
Теперь не важные, но любопытные технические детали эксперимента.
В начале полета частицы её помечают определенным образом. То есть, вместо датчика, на пути полёта частиц устанавливается постановщик меток на частицу (или "маркировка"). И тогда, будучи помеченной, она оставляет на экране точечный след, как частица. А, если на пути полета к экрану с этой же частицы снять уже поставленную метку (стереть "квантовым ластиком"), после чего нельзя определить, через какую щель пролетел сигнальный фотон, то, эта частица оставит на экране след, как волна (интерференционная картина).
(Иностранное слово "Ластик" - это аналог стирательной резинки, то есть, средство удаления информации).
Данные стираются квантовым методом. Это называется "Эксперимент квантового ластика".
А теперь самое интересное. У этого эксперимента есть вариант с возможностью удалить информацию "после того как", после того как фотон достигнет экрана. И о чудо! Выяснилось, что если метку стереть уже "после того как", то, это стирание влияет на след на экране, оставленный ранее! То есть, будущее действие повлияло на прошлое событие.
Этот вариант эксперимента называется "Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором".
***
Как создается запутанная пара фотонов? В начале, фотон пропускается через кристалл бета-бората бария (BBO), который преобразует единичный фотон в пару запутанных фотонов пониженной частоты, сигнальный и холостой, которые летят в разные стороны.
***
Последний технический вопрос. Каким образом ставится и снимается метка с частиц?
Это зависит от каждого типа частиц. Например, фотоны могут имеют поляризацию. Перед каждой прорезью в двухщелевой пластине помещается поляризатор, выполняя поляризацию по часовой стрелке для света, проходящего через одну щель, и против часовой стрелки для света, проходящего через другую щель. Эта поляризация регистрируется на датчике, "маркируя" таким образом фотоны и разрушая интерференционную картину.
Наконец, линейный поляризатор устанавливается на пути первого запутанного фотона из пары, придавая ему диагональную поляризацию (см. рис. 2). Запутанность гарантирует дополнительную диагональную поляризацию у второго фотона, который проходит через двухщелевую пластину. Это нивелирует влияние круговых поляризаторов: каждый фотон будет давать смесь света, поляризованного по часовой стрелке и против неё. Следовательно, второй детектор больше не может определить, какой именно путь был выбран, и интерференционная картина восстанавливается.
***
Вот вопрос, который я буду задавать специалистам:
Здравствуйте!
Если стирать метку с "холостого" фотона запутанной пары ПОСЛЕ того как его "сигнальный" фотон уже долетел до детектора, то, восстановится интерференционная картина, которую создает сигнальный фотон?
Подробности тут http://levhudoi.blogspot.com/2017/02/kvant.html
Если отвечают "ДА", то будущее управляет прошлым. Если нет, то не управляет. Но, правильный ответ "ДА". Это результат эксперимента. Но не порядочным ученым не нравится сам факт влияния будущего на прошлое, и они будут словоблудить, признавая-отрицая оно и тоже.
Я одного такого молодого русского физика вызвал на публичную дискуссию. Публично он отказался, а в личной переписке ходил по кругу, то признавая, то отрицая то, что признавал и постоянно меня унижал всякими намеками на мою тупость и суеверие.
Лев Худой
Источник: https://levhudoi.blogspot.com/2017/02/kvant.html
Свежие комментарии