2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




 
 Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение30.09.2025, 12:43 
Берем, скажем, бета-активное ядро. Запускаем в магнитное поле, к примеру в 1 Тесла.
Для простоты с нерелятивистской скоростью, скажем, половина скорости света.
Ядро летит, излучает синхротронное излучение на определенной частоте. А мы слушаем радиоприемник, есть ли сигнал.
Как сигнал пропадет, значит ядро распалось. То есть мы измеряем состояние ядра, практически непрерывно, не так ли?
То есть, согласно эффекту Зенона, ядро не распадется никогда (пока не остановится, разумеется).
Или все-таки распадется?

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение30.09.2025, 13:18 
Мне по этому эффекту интересны две вещи:
1)А есть ли вообще нормальные статьи о экспериментах где подтверждено его существование?(К сожалению, навык поиска статей у меня плохой). Т.е. этот эффект хотя бы вообще существует?
2)Банально макроскопическую температуру куска вещества наверное можно рассматривать как постоянные измерения. Т.е. наверное согласно этому эффектк должно наблюдаться сильное отклонение от периода полураспада в пределах от куска вещества охлаждённого до минимальных температур доступных в лабораториях для тел которые уже можно считать "макро", и до температур, ну скажем хотя бы близкой к температуре плавления.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение30.09.2025, 14:17 
Ну, википедия дает, например: Ссылка на pdf-файл с научной статьей
Там двух-уровневая система. Переходы инициируются RF; если подсвечивать УФ лазером, который как бы измеряет в каком состоянии находится система, то переходы подавляются.
Сложно. А вдруг излучение лазера как-то влияет на переход более стандартным способом? Я хотел придумать более простой эксперимент.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение03.10.2025, 18:15 
naskamejke в сообщении #1703889 писал(а):
То есть, согласно эффекту Зенона, ядро не распадется никогда (пока не остановится, разумеется).
Всё хитрее, но просто. При обычных переходах суммарная вероятность перехода квадратична по времени после начала перехода из известного состояния. Поэтому если измерять систему достаточно часто, заставляя её коллапсировать, то можно суммарную вероятность перехода на некотором фиксированном отрезке времени сделать сколь угодно малой. Это и есть эффект Зенона. В случае же спонтанного излучения в бесконечность вероятностный процесс перехода экспоненциальный, то есть вероятность распада уже после начала линейна по времени. Так что сколько состояние не коллапсируй, это не повлияет на суммарную вероятность перехода на фиксированном отрезке. Короче отрезки - их больше, сумма одна и та же.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 06:53 
realeugene в сообщении #1704401 писал(а):
В случае же спонтанного излучения в бесконечность вероятностный процесс перехода экспоненциальный, то есть вероятность распада уже после начала линейна по времени.

Это почему? Если без измерений, коллапса и всего такого прочего, то да вероятность распада экспоненциальна, а для малых времен линейна по времени.
Но если мы включаем все эти штучки с измерением и коллапсом, то вроде как, для малых времен амплитуда перехода в распавшееся состояние линейна, а вероятность соответственно квадратична (независимо от того, каково оно, распавшееся состояние). Отсюда собственно эффект Зенона и выводится, не так ли?
Ведь это же классическая формулировка - при частом наблюдении за распадающимся состоянием оно перестает распадаться.
Что же в моем примере не так?

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 12:02 
naskamejke в сообщении #1704513 писал(а):
Это почему? Если без измерений, коллапса и всего такого прочего, то да вероятность распада экспоненциальна, а для малых времен линейна по времени.
Как экспериментальный факт. У экспоненциального распределения вероятности уже первая производная вероятности перехода по времени отлична от нуля в начальный момент времени. А в классических квантах, описываемых уравнением Шрёдингера с переходом возбуждения атома в фотон в замкнутом резонаторе, в начальный момент времени ненулевая и конечная производная по времени только у амплитуды вероятности. Посмотрите соседнюю ветку, в которой как раз считали модель такого перехода. Соответственно, если амплитуда вероятности линейна по времени - тогда сама вероятность как квадрат модуля амплитуды вероятности квадратична по времени, её первая производная по времени нулевая, и эффект Зенона в такой системе возможен.

naskamejke в сообщении #1704513 писал(а):
Ведь это же классическая формулировка - при частом наблюдении за распадающимся состоянием оно перестает распадаться.
Нет, это уже тонкое следствие уравнений квантовой механики для некоторых случаев. Тут философам делать нечего.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 14:48 

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1704530 писал(а):
Посмотрите соседнюю ветку

Именно чтение соседних веток и навело меня на вопрос.
realeugene в сообщении #1704530 писал(а):
Тут философам делать нечего

Это вы меня философом назвали? Давненько меня так не обижали.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 15:34 
naskamejke в сообщении #1704552 писал(а):
Это вы меня философом назвали? Давненько меня так не обижали.
Извините.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 15:40 
naskamejke в сообщении #1703889 писал(а):
Ядро летит, излучает синхротронное излучение на определенной частоте. А мы слушаем радиоприемник, есть ли сигнал. Как сигнал пропадет, значит ядро распалось.

Почему Вы считаете, что сигнал пропадёт, разве электрический заряд исчезает при распаде ядра? И определённая ли частота у синхротронного излучения? И является ли излучение единственного ядра классической электромагнитной волной, чтобы непрерывно во времени принимать её приёмником? (Вполне вероятно, что на все эти вопросы ответы отрицательные.)

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 21:12 
Я полагал, что нерелятивистская (я специально в своем примере выбрал нерелятивистскую) частица излучает, в основном, на ларморовой частоте.
После распада будет излучать на другой частоте, мы от этого можем отстроиться.
Будет ли излучение классическим? Полагаю не очень. У меня получилось, исходя из энергии, что излучается несколько фотонов, примерно мегагерцового диапазона за время оборота по ларморовскому кружку (в зависимости от соотношения между зарядом и массой ядра). Это, конечно, не радиоприемником фиксируется.
Может быть, на сегодня это не засечь современными методами. Может быть это утонет на фоне реликтового излучения, и т. д. Но мне казалось, это не принципиально. Может быть как-то охладить установку, накопить фотоны за какой-то промежуток времени - все равно пренебрежимо маленький по сравнению со временем распада ядра. Я могу представить расчеты, но это займет несколько дней. Я сейчас в отъезде.
Но, к чему лукавить. Меня больше интересует не сам по себе эффект Зенона, а те предположения, которые сделаны при его выводе.
Предполагается, что проекционный постулат без затей действует при любом измерении. Но ведь в реальной жизни это не совсем так.
Измеряем положение фотона в интерференционном эксперименте, и где он тот фотон после измерения? Измеряем спин электрона в приборе Штерна-Герлаха; надо же посмотреть, куда полетел электрон, напрмер, подсветить фотоном. Измерили, но не перевернется ли спин после взаимодействия с фотоном? Т. е. после проведения реального измерения не очевидно, в каком спиновом состоянии окажется электрон. В современных, очень красивых, неразрушающих экспериментах довольно сложно разобраться, что происходит на самом деле. Кажется, что по крайней мере фаза состояния хаотизируется. Например, в эксперименте по проверке эффекта Зенона на который ссылается википедия изучают индуцированный переход ионов берилия из состояния "1" в состояние "2". Изучают, как измерение состояния ионов влияет на этот переход. Измеряют состояние ионов бериллия путем облучения УФ лазером. Если ион в состоянии "1", то под воздействием лазера он перескакивает в состояние "3", затем возвращается в "1" излучая фотоны, которые и регистрируются. Это, вроде как, "неразрушаещее измерение". Очевидно, что в таком эксперименте фаза состояния "1" станет случайной и эффект Зенона подтвердится.
Я же попытался, возможно неудачно, придумать эксперимент с менее драмматическим воздействием измерения на объект. И в моем эксперименте я эффекта Зенона как-то не вижу.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение05.10.2025, 23:05 
naskamejke в сообщении #1704588 писал(а):
Измеряем положение фотона в интерференционном эксперименте, и где он тот фотон после измерения?
Нет больше его. Поглотился экраном. Сколлапсировав при этом к положению выбитого им электрона в ФЭУ. И одновременно сколлапсировало состояние излучившего фотон атома к состоянию после распада.

naskamejke в сообщении #1704588 писал(а):
Измеряем спин электрона в приборе Штерна-Герлаха; надо же посмотреть, куда полетел электрон, напрмер, подсветить фотоном.
Зачем? Получили на выходе два луча. Ставим анализаторы. В одном только электроны со спином вверх, в другом только со спином вниз. Убираем анализаторы и дальше проводим эксперименты с этими лучами без измерения спина каждого электрона.

naskamejke в сообщении #1704588 писал(а):
Например, в эксперименте по проверке эффекта Зенона на который ссылается википедия изучают индуцированный переход ионов берилия из состояния
Вроде бы там всё заранее считается? Так взять первоисточник и прочитать, как именно считают.

naskamejke в сообщении #1704588 писал(а):
Это, вроде как, "неразрушаещее измерение".
Насколько я понимаю, слабые измерения специально слишком грубые, чтобы состояние квантовой системы коллапсировало в каждом опыте только чуть-чуть, но что-то можно узнать про ансамбль, набрав статистику. А в квантовом эффекте Зенона, наоборот, измерения сильные с жёстким коллапсом, чтобы не позволить вероятности перетекать в ортогональное состояние.

Всё же не очень понятно, что именно вас беспокоит? В любом случае, всё это считается, так что полезнее брать непонятные расчёты и разбираться, а не просто философствовать без расчётов.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение06.10.2025, 14:13 
realeugene
Фотон сколлапсировал к положению электрона. Не того я ожидал от проекционного постулата.
Зачем измерять спин? Хочу. А других интересных фейнмановских экспериментов не хочу. Не сейчас.
"Так взять первоисточник и прочитать". Первоисточник указан во втором сообщении. Прочитал.
Расчеты - так себе расчетики, но претензий нет. Эксперимент описан в подробностях, конечно, но вкратце я его описал. Претензий нет.
Вообще к этой статье претензий нет. В начале было не совсем понятно, как это у них все хорошо получилось. Но вот подумал-подумал, и надеюсь понял.
(Может и неправильно понял, но мне достаточно).
Что меня беспокоит? Да теперь уже ничего. Можно тему закрывать. Повторюсь, подумал я над всем этим и к какому-то пониманию пришел. Даже если и неправильно, для счастия хватит.
Считаете, я философствую без расчетов? Расчеты на бумажке люблю. Будут заставлять возпроизвести - будем решать проблемы по мере поступления. Не торопясь. А философствовать - ну чтож, нужно соответствовать. Не порассуждать ли о Гераклите?

Да. Так вот о Гераклите. Хочу рассказать об одном эксперименте. Смущают две вещи. Во-первых не помню когда и в связи с чем о нем читал, и в записях своих ничего не нахожу. Во-вторых, не очевидно, как он связан с обсуждаемой темой, но, по-моему, связан, т. к. показывает, что в описаниях экспериментов опущены важные подробности (во всяком случае в описаниях, что доходят до меня, убогого). Те же подробности важны и для зенонообразных экспериментов.
Так вот. Утверждается, что эксперимент проводится с единичным фотоном. Имеется два резонатора. Фотон может находиться в одном из резонаторов, а может и в суперпозиции. Как-то создается состояние суперпозиции. В каждом резонаторе летает один атом. Если фотон находится в определенном резонаторе, уровни соответствующего атома сдвигаются из-за эффекта Штарка. Что и измеряется спектроскопически. Итак, создается суперпозиция. После первого измерения происходит редукция в состояние фотона в определенном резонаторе. Далее при повторных измерениях входят в одну и ту же реку. Измеряют состояние атома, фотон не трогают, он вроде как, в неизменном состоянии, о котором судят косвенно по состоянию атома. Потом, вроде, с этим неизменным фотоном что-то еще делают, но это я совсем не помню.
Что не нравится? Фотон с атомом - это ведь не тензорное произведение состояний свободного фотона и свободного атома. Даже не тензорное произведение измененного состояния атома и фотона (разве что в первом приближении, но этого недостаточно). Это что-то не очень сепарабельное. И можно ли говорить, что мы трогаем атом, но не трогаем фотон? Во всяком случае фаза атома меняется случайно при каждом измерении. И можно ли говорить, что это фаза только атома, а не некоего общего состояния атома и фотона? И затем, выделяя фотон для каких-то экспериментов с ним, не надо ли учитывать случайность фазы?

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение06.10.2025, 16:29 
naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
Фотон сколлапсировал к положению электрона. Не того я ожидал от проекционного постулата.
А он обманул, зараза.

Пока фотон или атом не пойманы, они летят сразу во все стороны, но с противоположными импульсами. При переходе между симметричными состояниями атома, конечно. Когда фотон выбил электрон из катода ФЭУ и полетела лавина, тогда понятно, что в противоположную сторону ему лететь не больно и хотелось. Окружим распадающийся атом ФЭУ, и фотон будет попадать максимум в один. Но в какой - непредсказуемо.

У вас, правда, электрон из ядра вылетал, с ядрами возможно сложнее и там смесь летит, а не суперпозиция, из-за смешанного исходного состояния ядра. Не хочу в ядра.

naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
Будут заставлять возпроизвести - будем решать проблемы по мере поступления.
Не, зачем же? Но хорошо бы философствовать на пальцах об одном и том же. Так что при вникании в детали хотя бы ссылки на формулы в первоисточниках обычно нужны.

naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
Как-то создается состояние суперпозиции.
Так наверное если соединить резонаторы краником, запустить внутрь один фотон, и краник в какой-то момент перекрыть, то фотон останется плескаться сразу в двух резонаторах.

naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
Что не нравится? Фотон с атомом - это ведь не тензорное произведение состояний свободного фотона и свободного атома. Даже не тензорное произведение измененного состояния атома и фотона (разве что в первом приближении, но этого недостаточно). Это что-то не очень сепарабельное.
По крайней мере базис из тензорных произведений полный. И альфа крошечная. И по состояниям одной подсистемы всегда можно разложить совместное состояние, как учил Эверетт.

naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
И можно ли говорить, что мы трогаем атом, но не трогаем фотон?
При коллапсе - нет, конечно. Но не идиоты же авторы, чтобы так тривиально ошибаться.

naskamejke в сообщении #1704672 писал(а):
Во всяком случае фаза атома меняется случайно при каждом измерении.
А это утверждение откуда взялось? Проектор не меняет фазу своей проекции. Сколько поляризаторов друг за другом ни ставь, фаза пролетевшего через них фотона остаётся стабильной. Не, ну если специально постараться...

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение06.10.2025, 21:04 
Еще раз. Атом находится либо в состоянии 1 либо 2. Хотим измерить. Процедура такова. Облучаем лазером, причем известно, что состояние 2 на облучение не реагирует, в то время как состояние 1 прыгает в состояние 3, после этого возвращается в 1 излучая фотон, который регистрируется. Лазер продолжает работать некоторое время, так что фотонов может быть несколько. В конце концов атом возвращается в состояние 1. Итак, после окончания измерения атом оказывается в том же состоянии (либо 1 либо 2) что и до, кроме того зарегистрировано либо нет несколько фотонов, на основании чего делается вывод о состоянии атома. Все.
Атом, если он был в состоянии 1 останется в нем же, но что можно сказать о фазе? Вы хотите, чтобы я доказал, что фаза изменится случайно? Вы знаете, строго доказать не могу, даже на бумажке. Но буду очень удивлен, если мне докажут обратное.
А ваш пример с несколькими поляризаторами. Конечно там фаза не меняется. Но несколько поляризаторов подряд это не несколько измерений.

 
 
 
 Re: Вопрос по квантовому эффекту Зенона.
Сообщение06.10.2025, 23:19 
naskamejke в сообщении #1704715 писал(а):
Еще раз. Атом находится либо в состоянии 1 либо 2.
Просто вероятностная смесь? При этом вы даже не знаете, есть там атом в состоянии 2 или нет, так как он ни с чем не взаимодействует? У вас же второе состояние вообще не используется.

naskamejke в сообщении #1704715 писал(а):
Вы хотите, чтобы я доказал, что фаза изменится случайно?
Ну да, если вам это надо.

Что-то тут многих из обычных квантов в КЭД тянет. Потому что мало кто её понимает, но зато кажется, что фотоны - это просто?

Если бы фаза излучённого фотона и атома не были связаны жестко, то не было бы и осцилляций Раби вместе с соседней темой про них. Нет, фаза излучённого фотона совсем не случайна, а жёстко коррелирована с фазой атома.

-- 06.10.2025, 23:32 --

naskamejke в сообщении #1704715 писал(а):
А ваш пример с несколькими поляризаторами. Конечно там фаза не меняется. Но несколько поляризаторов подряд это не несколько измерений.
Собственно почему? На выходе поляризатора поляризация прошедшего фотона известна. И измерения в квантах постулируются идемпотентными, насколько я помню. Так что несколько поляризаторов подряд вполне несколько измерений.

 
 
 [ Сообщений: 15 ] 


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group