Эрвин Эш дал заднюю: отказывается от объяснения квантового ластика. Вернись на тёмную сторону!

31 мая, 2024 4:09 пп

Квантовая физика

342

Полный перевод видео Эрвина Эша (Arvin Ash) «Боже, я был неправ!» (youtube.com)

Теперь он отказывается от своего объяснения эксперимента с двумя щелями с отложенным выбором (или квантовым стиранием, квантовым ластиком).

Я протестую! ))

В течение видео и на расшифровке — мои комментарии и пояснения.

Arvin Ash: Во-первых, я хочу отметить, что авторы оригинальной статьи 1998 года, которые первыми провели эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором, подразумевали ретропричинность, или будущее, влияющее на прошлое. Вот почему в моем оригинальном видео я представил это именно так, и несколько других YouTube-блогеров сделали то же самое. Авторы не виноваты, если кто-то интерпретирует результаты их эксперимента нестандартно. Но теперь я признаю, что моя интерпретации была неверной. Эксперимент прояснил один из моих очень проницательных зрителей, имеющий докторскую степень по квантовой оптике. Так что он понимает детали этого эксперимента намного лучше меня. И как он заметил, дьявол кроется в мелочах.

***

Я: Ретропричинность — это в данном контексте обратная связь между причиной и следствием.

Как Эрвин Эш указал в самом начале — сами авторы эксперимента с отложенным выбором подали его результаты научной общественности в качестве доказательства ретропричинности.

Описание эксперимента: physics.stackexchange.com

Поэтому в итоге это — слово физика из комментаторов против слова физиков, которые непосредственно проводили эксперимент. Даже если не брать в расчет, что физик из комментариев не проводил эксперимент, это же борьба двух противостоящих мнений уже 70 лет! Так что не надо так просто сдаваться ).

Когда 220 лет назад Томас Юнг провел свой первый двухщелевой эксперимент и доказал, что свет — это волна, было то же самое. Все вокруг говорили: “Ты неправильно провел эксперимент! Этого не может быть!” потому что Ньютон в 1704 году уже опубликовал свою корпускулярную интерпретацию света.

***

Arvin Ash: Так как же и почему первоначальные авторы пришли к выводу, что этот эксперимент подразумевает ретропричинность? И почему я сейчас говорю, что это неправильно?

Я знаю, что сейчас на YouTube есть несколько видеороликов, опровергающих утверждение о ретропричинности, но я обнаружил, что эти видеоролики все еще немного сбивают с толку и в них отсутствуют некоторые детали. Так что следите за обновлениями, потому что я собираюсь упростить этот заведомо запутанный эксперимент, чтобы, надеюсь, его мог понять любой, у кого есть небольшой научный опыт.

По сути, ретропричинный вывод оригинальной статьи требует нестандартной интерпретации квантовой механики.

Если принять классический образ мышления, это подразумевает ретропричинность. Я имею в виду, что вы должны интерпретировать, что фотон является либо частицей, либо волной с момента, когда он покинул источник света. Поэтому, когда вы позже решите, как измерить ее, например, если вы измерите ее как волну, она должна ретропричинно стать волной, когда она была создана до того, как вы решили ее измерить. И то же самое применимо, если вы считаете его частицей.

Однако эта ретрокаузальная интерпретация разваливается, если принять более стандартную интерпретацию квантовой механики, согласно которой летящий фотон находится в суперпозиции состояний. Другими словами, эта волна – волна потенциалов. Как только она измерена, то есть когда ее путь известен, волна коллапсирует, становясь локализованной волной, и это проявляется в виде распределения частиц на экране.

Но если ее не измерить, то есть информация о ее пути неизвестна, она останется волной и будет проявляться в виде интерференционной картины, подобно волне, которая интерферирует с другой волной.

***

Я: И? Это и так заложено в эксперименте. Весь смысл эксперимента в том, чтобы измерить состояние, но сделать это ПОСЛЕ того, как сигнальный фотон попадет в верхний стиратель D1. Почему это вдруг стало “более стандартной” интерпретацией квантовой механики? Любая интерпретация квантовой механики — это безумие!

***

Arvin Ash: Если вы примете во внимание эту последнюю интерпретацию, никакой ретропричинности здесь не будет. Чтобы понять, что происходит на самом деле, позвольте мне сначала объяснить, как работает более простой эксперимент с двумя щелями.

Если вы посылаете фотоны, электроны или любой квантовый объект по одному через щели, сначала вы увидите то, что выглядит как случайное распределение точек. Но через некоторое время вы увидите, что эти точки создают интерференционную картину. Как будто маленькие кусочки волн проходят через щели и мешают друг другу. Но на этом странности не заканчиваются.

Если вы затем поместите детекторы на щели, чтобы измерить, через какую щель проходит фотон, вы не увидите интерференционную картину. Вы видите картину, такую ​​же, как если бы вы посылали отдельные частицы через щели. Кажется, что сам процесс измерения влияет на результаты.

Этот феномен привел к появлению всевозможных сумасшедших теорий нового века об универсальном сознании, сознании, влияющем на реальность, и многом другом.

Но вы, будучи энтузиастами квантовой физики, вероятно, знаете, что изменение поведения квантовых объектов происходит не потому, что мы наблюдаем за ними или осознаем их.

Это изменение связано с природой квантовой механики.

Все квантовые объекты, такие как фотоны и электроны, на самом деле являются волнами. Но если они с чем-либо взаимодействуют, то есть если происходит необратимый обмен энергией, подобный тому, что происходит при взаимодействии этих квантовых объектов с измерительным устройством, их волны становятся локализованными.

***

Я: Да. Все знают об этом. Проблема с самого начала была в том, что если фотон или электрон являются волнами, то даже после коллапса из-за детектора (особенно в виде просто финального экрана, без промежуточных у щелей) этот коллапс должен выглядеть как коллапс волны, а не частицы. Например. Если мы светим лазером через двойную щель и получаем интерференцию на стене, то с убавлением интенсивности лазера мы должны видеть плавное угасание интерференции. Как плавное угасание механической волны. Но вместо этого мы начинаем получать на стене точки, то есть фотоны начинают бить по одному за раз, но в итоге формировать все равно ту же интерференцию.

Вернем яркость лазеру. Ставим преграду — например, волос (как разделитель между 2 щелями, где щели влево и вправо бесконечны), видим интерференцию. Если напустить дыма, то можно проследить путь света до самого лазера. Они вот такой ширины:

Логично теперь предположить, что ширина волны фотона — это ширина всех этих вместе взятых полос, то есть ширина всего электро-магнитного поля. Почему же при коллапсе волны мы не видим на стене полосу такой ширины? Вместо этого мы видим точку, да и то увеличенную (просто зажигается пиксель, куда ударил фотон)

***

Arvin Ash: Локализованные волны электронов и фотонов тогда кажутся классическими частицами. Иногда это называют волновым коллапсом. Тот же коллапс волны происходит без присутствия детектора, когда фотон взаимодействует с экраном сзади. Фотон подобен волне, пока не достигнет экрана. После удара или взаимодействия с экраном волна становится локализованной и выглядит как дискретная частица. И мы видим это как точку на экране. Но перед попаданием на экран фотонная волна взаимодействует сама с собой подобно любой классической волне. Именно поэтому мы видим интерференционную картину в совокупности множества точек. Этот коллапс волны в частицу кажется невероятным, но именно так работает квантовая механика. Как происходит этот так называемый волновой коллапс, до конца не понятно.

***

В том-то и дело — это остается необъяснимым, начнем с этого.

Если свет — это волна, скажите нам уже об этом прямо, и хватит 70 лет подряд мозги нам делать. Свет проявляет свойства частицы не только в 2-щелевом эксперименте.

Эйнштейн доказал корпускулярность света благодаря фотоэлектрическому эффекту. И получили за это Нобелевскую премию.

***

Arvin Ash: Квантовый ластик с отложенным выбором похож на эксперимент с двумя щелями на стероидах и выводит ситуацию на новый уровень путаницы. Но прежде чем я это опишу, позвольте мне развенчать вводящую в заблуждение иллюстрацию, которую обычно показывают в отношении эксперимента с двумя щелями.

Если у вас нет детекторов, проверяющих путь частицы, то вы получите интерференцию, как я уже говорил ранее. Однако если у вас есть детектор, измеряющий путь, вы не получите двух четких линий фотонов, как я проиллюстрировал. Фактически вы получаете единое распределенное распределение фотонов. То, что вы получите, зависит от физических размеров установки.

***

Я: Тут действительно предыдущая анимация вводит в заблуждение — в экспериментах со светом мы получаем пятно света, а не 2 полосы. Однако это не имеет никакого значения для эксперимента. Так как разница между двумя состояниями остается прежней: интерференция, когда состояние не известно, пятно (вместо 2 полос) — когда известно.

***

Arvin Ash: Если ваша щель очень широкая, вы получите относительно концентрированную точку на экране, потому что фотон просто проходит сквозь нее, как будто он вообще не замечает щели. И именно этот сценарий вы видите почти на всех иллюстрациях: рисунок двойной линии на экране. Но если вы сузите ширину щели до размера нанометров (что обычно и приходится делать в этом эксперименте, поскольку мы имеем дело с крошечными квантовыми объектами), вы усилите дифракцию. Другими словами, фотоны больше взаимодействуют с щелями, что приводит к тому, что фотоны распределяются в виде нечеткой совокупности точек. Они не отображаются в виде чистых узких линий точек. Для типичной иллюстрации с двумя щелями это можно игнорировать, но чтобы понять квантовый ластик с отложенным выбором, полезно осознавать, что на самом деле вы должны видеть разбросанный узор из точек.

***

Я: Очень важно тут понять как раз-таки обратное.

Именно то, что на детекторе D1 мы в течение эксперимента видим только пятно из точек ГАРАНТИРУЕТ наше “незнание” — какая щель. И более того — мы даже не знаем, когда фотон НЕ измерен вообще (интерференция). Результаты обрабатываются позже, точки сортируются по соответствию со своими связанными собратьями. Подробнее ниже.
То, что на предыдущей анимации мы видели как бы результаты в режиме реального времени — это просто для более интуитивного понимания, что происходит. Какая разница, когда мы можем рассортировать результаты — сразу или позже, если основное условие выполнено: ТОЧКА ФОРМИРУЕТ ПЯТНО ИЛИ ИНТЕРФЕРЕНЦИЮ ДО ТОГО, КАК ВТОРОЙ ФОТОН ПРОХОДИТ ИЛИ НЕ ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ ПОЛУПРЗРАЧНОЕ ЗЕРКАЛО.

Друзья, быстро объясню суть установки:

У вас слева пушка электронов. Потом преграда с двумя прорезями. Сразу за ней — кристалл, который расщепляет фотон на два связанных фотона:

Детектор 1 (D1) ловит сигнальный фотон, он приходит туда ПЕРВЫМ:

Вот эти голубые линии наискось — это светоделители, или, по-простому, полупрозрачные зеркала. 50% на 50%, что свет либо пройдет насквозь зеркал, либо отразится вниз. Детектор 1 и Детектор 2 «знают» из какой щели какой фотон прилетел:

Нижний детектор (D4) — это как общая коробочка для фотонов из обеих щелей, поэтому мы не знаем, через какую он прошел, информация стирается (поэтому квантовый ластик):

Соответственно, мы получаем на D2 и D3 2 полосы (теперь уже пятно), а на D4 — интерференцию.

На предыдущей анимации нам показывали состояние Детектора 1 как бы в режиме реального времени. И как будто он показывает интерференцию или полосы ДО остальных детекторов.

***

Arvin Ash: Так как же работает эксперимент с отложенным выбором? Позвольте мне показать вам шаг за шагом. Я упростил иллюстрацию ниже, чтобы вы могли лучше понимать, что происходит. Реальная экспериментальная установка немного другая, но практические результаты те же.

У нас есть двойная щель, но вместо экрана, чтобы увидеть интерференционную картину, мы ставим специальное оптическое устройство, называемое кристаллом барионного бората, который называют просто кристаллом BBO. Он расщепляет одиночный фотон на пару запутанных фотонов, энергия каждого из которых вдвое меньше исходной. И это делается для каждого фотона, выходящего из левой или правой щели. Здесь следует отметить очень важный момент, который отличает этот эксперимент от стандартного эксперимента с двумя щелями.

Процесс создания запутанных фотонов фактически приводит к измерению. Другими словами, волновая функция фотона коллапсирует, и теперь он становится частицей.

***

Я: Каким образом он продолжает в таком случае вести себя как волна в случае отсутствия измерения? (Даёт интерференцию).

***

Arvin Ash: А поскольку путь от верхней щели до детектора 1 немного отличается от пути от детектора 2, то информация о том, каким путем идет фотон, известна. Это означает, что рисунок, который будет отображаться на детекторе 1, всегда будет разбросанным, а не интерференционным.

***

Я: Не из-за этого. а потому что оба фотона попадают в «одну коробочку», информация о пути «стёрта».

***

Arvin Ash: Обратите внимание: я сказал, что это всегда будет проявляться таким образом, а не как интерференционная картина. Не имеет значения, что происходит на любом из других детекторов. Так почему же оно показано меняющимся в зависимости от того, что происходит на других детекторах? Это центр неразберихи.

***

Я: Потому что после эксперимента результаты сортируют и получают интерференцию отдельно, пятна отдельно.

***

Arvin Ash: Что происходит с запутанными парами фотонов в остальной части аппарата?

Итак, если мы проследим за запутанными парами через верхнюю щель, мы увидим, что они попадают в набор светоделителей, которые могут случайным образом направить фотон либо на детектор 2, либо на детектор 4, либо на детектор 5. Если фотон попадает на детектор 2, он покажет разбросанный узор (пятно), поскольку информация о его пути известна, поскольку фотон мог выйти только из верхней щели.

Аналогично, запутанная пара из нижней щели попадает на набор светоделителей, которые случайным образом направляют фотон либо на детектор 3, либо на детектор 4, либо на детектор 5. Если фотон попадет в детектор 3, он также будет иметь расплывчатую структуру, потому что его информация о пути известна. Он мог исходить только из нижней щели.

(У Эрвина на видео немного другая установка, но суть та же, просто добавился еще один детектор — прим. перев.)

Что интересно, так это то, что происходит с фотонами, которые попадают не на 2 или 3, а на детектор 4 или 5. Эти фотоны подаются в набор оптических инструментов, которые эффективно объединяют лучи справа и слева. разрезать на один рекомбинированный пучок. Это часть эксперимента с ластиком. Это называется ластиком, потому что информация о пути фотона или о том, в каком направлении в этих двух случаях стирается. Следовательно, закономерности, которые вы увидите на позициях 4 и 5, всегда будут интерференционными. Это похоже на картину, полученную в эксперименте с двумя щелями без измерительного устройства.

Теперь вы можете спросить, откуда взялась путаница ретропричинности? Ну, путаница связана с тем, как представлен этот эксперимент. Он представлен как D1, меняющий свою структуру, чтобы соответствовать интерференционной картине в D4 или D5, когда фотоны попадают туда. Но показывает другую картину, расплывчатое пятно, если фотоны попадают в D2 или D3.

Это означает, что то, что происходит в D2, D3, D4 или D5, влияет на то, что происходит в D1. Но поскольку путь к D1 короче, чем путь к любому другому детектору, фотоны достигают D1 раньше, чем достигают D2, D3, D4 или D5. Таким образом, подразумевается, что на модель в D1, которая была бы в прошлом, влияет то, что произойдет в будущем в D2, D3, D4 или D5.

Таким образом, люди, естественно, были вынуждены думать, что интерференционная картина изменяет результат на исходном экране D1. Это не верно.

Если бы мы включили эксперимент и показали содержимое всех пяти экранов, то есть экрана D1, двух экранов, показывающих фотоны из отдельных щелей D2 и D3, и двух экранов D4 и D5, каждый из которых показывает половину рекомбинированного луча, то мы увидим, что узоры выглядят примерно так.

Квантовый ластик не влияет на исходный экран в D1. Что на самом деле происходит, так это то, что изменение закономерностей связано с тем, что ученые, проводящие этот эксперимент, выбирают подмножества фотонов в D1, чтобы показать ту же закономерность, что и в каждом из других детекторов.

***

Я: ИМЕННО. После окончания эксперимента ученые берут D1 (где собраны все точки всех вариантов измерения / неизмерения. И дальше сопоставляют время. То есть сначала у нас фотон бьет в D1 (верхний стиратель), через 8 наносекунд его связанный собрат попадает в какой-то из любых других детекторов. Этот любой другой детектор щелкает, время попадания регистриуется. Затем они сопоставляют время попадания этого фотона со временем попадания первого (сигнальный он называется). Тот, конечно, тоже регистрируется по времени. Отнимают 8 наносекунд и получают соответствующий фотон на D1. Всего проводится 1000 измерений кстати. То есть по брату находят его собрата на общем экране. И помечают цветом.

В итоге — магия — мы видим, что начинает проявляться интерференционная картина для тех фотонов, которые не были определены (попали в стиратель после зеркала):

и пятно для тех, что были определены, как и должно быть в базовом 2-щелевом, на на 8 наносекунд раньше, чем фотоны достигли даже не детекторов, а светоделителей (полупрозрачных зеркал):

Причем интерференции разные для двух разных стирателей. Поэтому при совокупном наложении мы не видим даже намека интерференции на D1 — пики одной приходятся на впадины другой

***

Arvin Ash: Как это делается? Вспомним, что первое, что происходит после двойной щели, — это рождение запутанных фотонов. Это означает, что существует связь между частицами, попадающими на экран в D1, и частицами, попадающими в другие детекторы, где мы либо измеряем их, поступающие из отдельных щелей, не вызывая интерференции, либо как рекомбинированный луч, где мы видим интерференционную картину.

Поскольку информация о пути всех фотонов, попадающих в D1, известна, можно выделить или вручную идентифицировать все отдельные фотоны, попадающие в любой из других детекторов. Другими словами, используя связанность, мы можем определить, какие связанные фотоны-партнеры от любого из четырех других детекторов попали на экран в D1. Так, например, если мы вручную разберем запутанные фотоны-партнеры фотонов, попадающих в D4 или D5, мы сможем увидеть ту же самую точную интерференционную картину, скрытую внутри разбросанной картины D1.

Но мы видим это только потому, что теперь мы выбрали подвыборку из всех фотонов в D1, что, конечно, будет мешать, поскольку они являются запутанными партнерами соответствующих фотонов в D4 и D5. То же самое относится и к D2 и D3. Таким образом, в презентациях, которые вы видите, включая ту, которую я изначально сделал, интерференционная картина, которую вы видите в D1, представляет собой не что иное, как выбранное вручную подмножество фактической исходной распределенной картины в D1, соответствующей фотонам, которые оказались в D4 или D5. Фактически, если вы объедините интерференционные картины на D4 и D5, вы получите разбросанную картину без интерференции. Итак, квантовый ластик создает две подвыборки полной картины отсутствия помех, которые по отдельности демонстрируют интерференцию, но не показывают интерференцию при объединении.

***

Я: Ну вот это все то же самое, что я сказала выше.

***

Arvin Ash: Теперь вот решающий момент. Если вы объедините все паттерны из D2, D3, D4 и D5, вы получите точно такой же паттерн, что и в D1. Это должно иметь смысл, поскольку каждой запутанной паре, которая попадает в D1, соответствует соответствующая пара, которая попадает в один из остальных четырех детекторов. Так что на самом деле вы не измените прошлое. На самом деле вы в будущем выбираете подвыборку данных, которые вы создали в прошлом. Поэтому я надеюсь, что вы найдете утешение, зная, что никто в будущем не сможет испортить ваше настоящее. Они могут только испортить ваше будущее. Что вы думаете? Оставь свой комментарий и увидимся в следующем видео, друг мой.

***

Я: Ну и где разоблачение-то? В будущем да, вы взяли и разложили все по паттернам. Так узоры-то складывались пока эксперимент шел!!!

Боже мой, бедный Эрвин Эш — не слушай ты мудаков.

От себя могу следующее еще рассказать — как обычно разоблачение происходит в научных комментариях к опубликованным результатам.