Stellen Sie sich das so vor: Ein Photon ist das Erkennungsereignis.Wenn es nur ein Photon gibt, gibt es nur ein Erkennungsereignis.Die Wahrscheinlichkeitsverteilung von Detektionsereignissen ist mit der Wellenfunktion des Photons verbunden

Wenn das Photon wirklich beide Schlitze (zur gleichen Zeit) durchläuft, warum können wir es dann nicht an beiden Schlitzen (zur gleichen Zeit) erkennen?

Okay, lass uns ein paar Wortspiele spielen:

Dies ist keine genau definierte Frage. "Ein Teilchen erkennen" hat in der Quantenmechanik nichts zu bedeuten. Quantenmechanische Messungen sind immer Messungen von spezifischen Observablen . Es gibt keinen ganzheitlichen Vorgang, "alle Eigenschaften eines Systems auf einmal zu beobachten", wie es in der klassischen Mechanik der Fall ist - eine Messung ist immer spezifisch für die beobachtbare, die sie misst, und die Messung verändert unwiderruflich den Zustand des gemessenen Systems.

Menschen verwenden häufig "Partikel erkennen" als Abkürzung für "Positionsmessung eines Partikels durchführen". Per Definition hat eine Positionsmessung eine einzelne Position als Ergebnis und interagiert mit dem Zustand des zu messenden Partikels, so dass es sich jetzt tatsächlich in dem Zustand befindet, in dem es sich an dieser einzelnen Position befindet, und nirgendwo sonst. Wenn Sie also Positionsmessungen durchführen könnten, bei denen beide Schlitze als Position des Partikels erhalten würden, würde dies bedeuten, dass Sie eine unmögliche Leistung erbracht haben - es gibt jetzt zwei Partikel, die sich jeweils im Zustand eines Schlitzes befinden und nur dieser Schlitz. Die Quantenmechanik mag seltsam sein, aber es ist hoffentlich klar, dass sie nicht so seltsam ist - wir können ein Teilchen nicht aus dünner Luft duplizieren, indem wir es nur messen.

Wenn Sie nicht darauf bestehen, "zu erkennen", was "Positionsmessung durchführen" bedeutet, dann ist das Standard-Doppelspalt-Setup natürlich eine "Erkennung" des Photons an beiden Schlitzen - das Muster auf dem Bildschirm ist nur durch erklärbar Die Wellenfunktion des Teilchens geht durch beide Schlitze und stört sich selbst. Dies ist natürlich nur eine indirekte Argumentation - es gibt einfach keine beobachtbare, deren Eigenzustände naiv "wir haben das Photon an beiden Schlitzen gleichzeitig detektiert" entsprechen würden.

Schließlich scheinen Sie "Interaktion" mit "Messen" oder "Erkennen" zu verwechseln.Natürlich können wir an beiden Schlitzen mit dem Partikel interagieren - wir können einfach keine Positionsmessungen (oder andere "Weg" -Messungen) an beiden Schlitzen durchführen und erwarten, dass sie das unmögliche Ergebnis der in zwei Teile geteilten Partikel liefern.Wenn Sie sich jedoch komplexere Konfigurationen wie die Quantenlöscher ansehen, gibt es sicherlich eine Wechselwirkung mit dem Teilchen an beiden Schlitzen - nur sorgfältig eingerichtet, um das Interferenzmuster nicht zu zerstören und daher keine brauchbaren Informationen in welche Richtung zu erhalten.

Wir haben bereits viele Antworten erhalten (weil dieses Problem sie einlädt), aber lassen Sie mich noch eine Möglichkeit bieten, darüber nachzudenken. (Wie ich am besten beurteilen kann, ist dies die Interpretation der Quantenmechanik, die dem Punkt, den ich machen werde, am nächsten kommt. Wie @PedroA unten bemerkt, ist das Folgende interpretationsabhängig. )

Wenn das Photon wirklich (zur gleichen Zeit) beide Schlitze durchläuft, warum können wir es dann nicht (zur gleichen Zeit) an beiden Schlitzen erkennen?

Ich denke, Sie stellen sich vor, wir als Wissenschaftler mit unserem Detektor sind ein klassisches System, das ein separates quantenmechanisches System untersucht. Das gesamte Experiment, einschließlich des Detektors und des Inspektors, ist jedoch auch Teil des quantenmechanischen Aufbaus. Unsere Überlagerung besteht nicht nur darin, dass das Photon durch den Spalt $ 1 $ span> und durch den Spalt $ 2 $ span> geht. Wir erkennen den einen und den anderen.

Aus der Sicht Gottes (wenn es so etwas gibt) werden wir zwischen der Bekanntgabe eines Ergebnisses und der Bekanntgabe des anderen überlagert. Wir befinden uns nicht außerhalb eines quantenmechanischen Systems mit einer solchen Sicht Gottes und sehen daher nicht die gesamte Überlagerung. Daher sehen wir nur ein Ergebnis, nicht ein bisschen von beiden.

Ja, wir können, aber die Detektoren sollten die Kohärenz nicht vollständig zerstören.Wenn nicht, ist das Interferenzmuster verschwunden.Beispielsweise sollten zwei parallele Polarisationsfilter keine Interferenzen zerstören.

Sie fragen nach einer sinnvollen Antwort.

Die Quantenmechanik war nicht sinnvoll. Es wurde entwickelt, um richtige Antworten zu erhalten. Sie können nicht erwarten, dass es Sinn macht. Dafür ist es nicht da.

Wenn Sie eine Geschichte wollen, die Sinn macht (aber möglicherweise falsch ist), ist hier eine: Licht, das sich durch den Raum bewegt, verhält sich genau wie eine Welle. Es ist überhaupt kein Problem, wenn eine Welle gleichzeitig durch zwei Schlitze geht. Das verschwindet einfach.

Unsere Methoden zur Detektion von Licht sind alle quantisierte Methoden. Licht verändert einen Kristall auf einem fotografischen Film. Oder es löst eine Fotovervielfacherröhre aus. Sie alle ergeben eine quantisierte Detektion. Wenn Sie möchten, dass ein Detektor Ihnen die Amplitude der Welle anzeigt, benötigen Sie etwas, das so viele quantisierte Messungen durchführt, dass sie zu etwas gemittelt werden, das kontinuierlich zu sein scheint.

Da die Messungen quantisiert sind, sagt QM natürlich quantisierte Ergebnisse voraus. Das sollte es tun, um die richtigen Antworten zu erhalten. Es werden Antworten angezeigt, die mit den Daten kompatibel sind.

Es kann einige Verrücktheiten geben, wie Licht mit Atomen interagiert. Diese wirken sich auf die Daten aus. Es sind jedoch keine Verrücktheiten in Bezug auf Licht bekannt, das sich durch den Raum bewegt. Es ist alles völlig kompatibel mit Licht, das sich als Welle bewegt.

​​QED geht es teilweise darum, Licht als Quantenteilchen zu beschreiben, die sich genau wie Wellen verhalten. Es gibt viel Handwinken über Wahrscheinlichkeitsfunktionen usw. Es ist einfacher und einfacher, es einfach als Welle zu beschreiben, aber QED erhält auch die richtigen gemessenen Antworten.

Kann das Photon an beiden Schlitzen detektiert werden, natürlich nicht, es kann nicht einmal an einem Spalt detektiert werden ... es wird nur detektiert, wenn die EM-Feldenergie zusammenbricht und ein Elektron anregt ... die Wissenschaft kann es heute nicht detektierenwenn ein Photon in der Nähe eines Elektrons (in einem Spalt) vorbeikommt und es möglicherweise irgendwie stört.Warum interessiert es Sie überhaupt, ob ein Photon durch den einen oder den anderen Schlitz geht?... Sie kümmern sich darum, weil Sie versuchen, dieses mysteriöse Muster zu erklären, das auf dem Bildschirm erscheint, und Ihnen wurde gesagt, dass es auf "Interferenz" zurückzuführen ist.In der Vergangenheit wurde es als "Interferenz" -Muster beschrieben, da das Muster einer Wasserwelleninterferenz sehr ähnlich sah.(Und natürlich ist dies die Grundlage für die beschriebene Wellennatur des Lichts.) Sie glauben dieser Erklärung, aber es erfordert, dass Energie in beiden Schlitzen fließt, um geometrisch zu interferieren, und hier wird es sehr verwirrend.

Aber es gibt zwei Aspekte, die Sie im modernen Denken berücksichtigen sollten: 1) Feynman erlaubte Pfade und 2) Photonenwellenfunktion. 1) Feynman hat das gleiche Problem angegriffen, das Sie angreifen, und sein letztendlicher Beweis war, dass Photonen n-mal ein Vielfaches ihrer Wellenlänge zurücklegen müssen ... ähnlich wie die Länge einer Gitarrensaite nur eine Note (oder Frequenz) spielen kann und auch Ähnlich wie bei einem Laserresonator, bei dem sich Photonen nicht auf dem gewünschten Weg ausbreiten, wenn die Abmessungen nicht korrekt sind. (Beachten Sie, dass die Feynman-Erklärung auch die Beobachtungen in Einzelphotonenexperimenten berücksichtigt.) 2) Während John Renee hervorhebt, dass das Photon delokalisiert ist und er sogar ausdrückt, dass das Photon eine Fuzzy-Kugel ist, ist dies die in Worten beschriebene Photonenwellenfunktion. Um die Beschreibung weiter zu führen, können wir sagen, dass die Kugel mit Lichtgeschwindigkeit immer größer wird, bis das "empfangende" Atom gefunden ist und (nach Wahrscheinlichkeit und QM) entscheidet, dass es die gesamte Energie aufnehmen wird. An seinem Punkt kollabiert die Kugel und die gesamte Energie fließt zum "empfangenden" Atom. Vielleicht könnte man argumentieren, dass die Fuzzy-Kugel ein großes virtuelles Photon ohne Energie war und dass das reale Photon dort ist, wo die gesamte Energie hingeht und den besten Weg zum empfangenden Atom nimmt, wer weiß.

Feynman hat gezeigt, dass das Photon nicht durch 2 Schlitze gehen muss, um eine wellenähnliche "Interferenz" -Eigenschaft zu haben. Er hat gezeigt, dass Licht eine Welle ist, weil es sich auf harmonischen Pfaden bewegt, dh der zurückgelegte Pfad ist abhängig auf die Photonenenergie / Wellenlänge. Die Photonenwellenfunktion (John Rennie) sagt uns, dass das Photon überall nach einem Pfad sucht ... und schließlich zu einem einzelnen Atom / Elektron zusammenbricht. Abschließend würde ich sagen, dass beide Antworten richtig sind ... es geht durch 1 Schlitz und beide Schlitze !! ... aber es ist bis zum Bildschirm nicht erkennbar.

Erster Versuch: Wir alle wissen, dass wenn wir nur einen Schlitz blockieren, dieser definitiv nur einen von ihnen durchlaufen würde.

Das einzige, was Sie tun können, um zu wissen, dass auf irgendeine Weise postuliert werden kann, dass ein Photon zu einem bestimmten Zeitpunkt verschiedene Schlitze durchläuft, ist, wenn Sie den zweiten Schlitz entsperren.

Wenn Sie erkennen und wissen, dass es über die Schlitze hinausgegangen ist, haben Sie nur Dekohärenz verursacht und es wird nicht mehr überlagert.

Sie können verrückter werden, aber es ist nicht notwendig. Sie werden nicht mehr Beweise erhalten als nur das Auftreten des Interferenzmusters, es ist ziemlich viel für das, was Sie beweisen möchten, dass es in der Realität vorkommt :)

P.S:

Sie müssen nicht messen. Sie können zwischen jedem emittierten Photon eine beliebig lange Zeitspanne haben und Jahre später zurückkehren, um ein Streudiagramm zu finden, das zu einem Interferenzmuster auf dem Bildschirm konvergiert. Bevor genug Zeit vergeht, damit der Mod im Quadrat tatsächlich den Bildschirm erreicht, interagiert er nicht (mit dünner Luft). Sobald es den Bildschirm erreicht, findet eine Interaktion gemäß der laufenden Erwartung des Mods im Quadrat statt.

Das Photon geht durch beide Schlitze

Denken Sie daran, dass dies wirklich nur die engste Annäherung an das ist, wofür wir Sprache haben. An zwei Orten kann nichts gleichzeitig existieren, und QM ändert daran nichts.

Es macht jedoch einige Dinge mit Wahrscheinlichkeit und Unsicherheit, die wir nur wirklich als "total seltsam" beschreiben können.

Meiner sehr bescheidenen Meinung nach ist es am besten, wenn man sich eine Wahrscheinlichkeitswellenform vorstellt, die sich selbst bewegt - genau wie jede andere Welle. Sie könnten zum Beispiel berechnen, dass es eine 50-50-prozentige Chance gibt, durch einen der Schlitze zu gehen. Dann interferieren nach den Schlitzen die Wahrscheinlichkeitswellen und erzeugen das bekannte Interferenzmuster.

Wenn Sie stattdessen das Photon messen, ist es so, als hätten Sie es von diesem bestimmten Ort emittiert (da Sie wissen, wo sich das Photon befindet und Sie keine Wellenform mehr haben), wodurch eine einfache Normalverteilung entsteht.

Beachten Sie, dass dies NICHT genauer ist als die Angabe an zwei Stellen gleichzeitig (zumindest soweit mir bekannt ist). Aber es ist eine Art, darüber nachzudenken, die ein mentales Bild erzeugt, das im Grunde genauso genau ist.

Wenn das Photon wirklich beide Schlitze (zur gleichen Zeit) durchläuft, warum können wir es dann nicht an beiden Schlitzen (zur gleichen Zeit) erkennen?

Wenn Sie Feynmans Theorie der vielen Pfade (Pfadintegral) des QM, die in der Quantenfeldtheorie verwendet wird, ernst nehmen, gibt es Hinweise darauf, dass das Teilchen nicht nur die beiden Schlitze durchläuft, sondern tatsächlich jeden möglichen Pfad nimmt. Das bedeutet, dass ein Teil seines "Weges" darin besteht, um die Sonne und dann um Jupiter herumzugehen und zur Erde zurückzukehren, um einen Fleck auf einem Bildschirm zu machen. Nehmen Sie alle anderen möglichen Pfade, die Sie sich vorstellen können, addieren Sie sie, und das ist der "Pfad" der Partikel. In diesem Sinne ist ein definierter Pfad eine sehr klassische Idee.

Denken Sie stattdessen an die Wahrscheinlichkeit, an verschiedenen Orten zu sein.

Lassen Sie uns Ihr Gedankenexperiment modifizieren und darüber nachdenken, was passiert, wenn wir 1 Detektor hinter den linken Schlitz setzen. Sobald dieser eine Detektor hinzugefügt wird, verschwinden die Interferenzmuster. Wir erhalten klassische Ergebnisse (vielleicht Einzelspalt, ich bin mir nicht sicher) sowohl in unserem Detektor als auch in unserer Original-Leinwand, die die rechte Seite erfasst. Sobald wir überhaupt versuchen zu erkennen, welchen Spalt es durchläuft, kehrt QM zu klassischen Ergebnissen zurück, die konkrete Antworten auf die Seite geben, durch die das Partikel gegangen ist. Zu diesem Zeitpunkt durchlief es nicht beide, sondern eines als klassisches Teilchen.

Warum, wissen wir nicht wirklich. Hier finden Sie ein aktuelles Experiment, das versucht, dies zu beantworten. https://phys.org/news/2011-01-which-way-detector-mystery-double-slit.html

Die Quantenmechanik ist ein Werkzeug zur Beantwortung von Fragen. Sie stellen ihm eine Frage, indem Sie ein Experiment einrichten und eine Messung durchführen. Es beantwortet diese Frage und nur diese Frage.

Wenn Sie eine Lichtquelle, zwei Schlitze und einen Bildschirm einrichten und die Blitze auf dem Bildschirm beobachten, lautet die Frage, die Sie stellen, wie die Wahrscheinlichkeit einer Photonenankunft von der Position auf dem Bildschirm abhängt '. Wiederholen Sie dies mit genügend Photonen und es bildet sich ein Muster auf dem Bildschirm.

Dieses Setup kann Ihnen nichts über den Weg des Photons von der Lichtquelle zum Bildschirm oder darüber sagen, ob das Photon überhaupt zwischen ihnen existiert. Wenn Sie den Pfad untersuchen möchten, erstellen Sie ein anderes Experiment mit Bildschirmen entlang des Pfads, von dem Sie glauben, dass er beteiligt ist. Wenn es Blitze gibt, erhalten Sie eine Antwort auf "War es hier?". Was Sie nicht haben werden, ist ein Interferenzmuster auf dem Bildschirm, denn das war ein anderes Experiment, ohne die Zwischenbildschirme eine andere Frage.

Warum antwortet QM nicht immer dort, wo es ist? Wir wissen es nicht. Bisher waren wir nur klug genug, um eine Theorie zu erstellen, die Ihnen sagt, was bei der Messung passiert. Es ist eine gute Theorie, es funktioniert außerordentlich gut, wofür es funktioniert.

Gibt es die Wahrscheinlichkeit einer tieferen Theorie, die Ihnen sagen kann, was vor einer Messung passiert? Ich weiß es nicht. Ich bin ziemlich fasziniert von Lee Smolins ereignisbasierter Welt, in der Zeit real ist, aber Distanz ein aufstrebendes Phänomen ist, das die Verstrickung auf atemberaubende Weise erklärt.

Wenn das Photon wirklich (zur gleichen Zeit) beide Schlitze durchläuft, warum können wir es dann nicht (zur gleichen Zeit) an beiden Schlitzen erkennen?

Das Photon "geht durch beide Schlitze" ist keine Beschreibung, mit der ich mich wohl fühle.Ein Photon ist ein quantisiertes Potential, um einen Effekt zu verursachen.Seine räumliche Existenz kann in Form / Funktion einer Welle beschrieben werden, die dem Doppelspaltaufbau ausgesetzt ist.Diese Wellenfunktion ist räumlich verteilt, kann jedoch nur einen einzigen quantisierten Effekt in ihrer Domäne verursachen.

Grundsätzlich kann die Natur von Quantenteilchen durch Wellenfunktionen beschrieben werden, aber ihre Wechselwirkungen sind diskret: Die Welle interagiert als Ganzes oder überhaupt nicht.

Jede "Erkennung" beruht auf einem Effekt, und ein Effekt verbraucht das Photon.

Photon durchläuft einen Schieber, seine Wellenfunktion durchläuft beide.