Несколько вопросов по двущелевому эксперименту

[IvashenkoAV]

Здравствуйте. В сети завирусился мультфильм в котором описывается интерференция электронов на 2х щелях. Так вот, там, чтобы выяснить через какую щель проходит электрон у одной из щелей ставится датчик. Но в этом случае фиксируется, что электрон прошел через одну щель. Т.е. происходит коллапс ВФ. Но датчик-то пассивный измерение заключается в измерении напряженности поля, как я предполагаю или нет?
1. А что, если бы это был просто кусок железа, а не датчик, разрушилась бы ВФ? Чем кусок железа не наблюдатель?
2. Ставились ли датчики перед обеими щелями? И какой был результат?
3. Экран за щелями на котором отображается интерференционная зона- он ведь тоже датчик. Если мы знаем где проходят интерференционные полосы и на этих местах тоже можно установить датчики. Каждый электрон будет оставлять след на каждой интерференционной полосе, как волна или только на некоторых? Это как-то определялось? Насколько понял рассматривается только статистическая картинка. Предполагаю, что ВФ схлопывается на экране и электрон проявляется только на одной из полос. Но в этом случае он должен проявляться по идее на главной средней полосе т.к. она ближе всего к экрану и достигнув ее волна должна схлопнуться. Однако мы то наблюдаем интерференционную зону и какие-то электроны как минимум проявляются на более удаленных от щели полосах. Значит не достаточно просто достигнуть экрана, требуется еще что-то для схлопывания ВФ? Что? Либо каждый электрон достигает всех полос интнрференционной зоны и ВФ схлопывается постепенно, на каждой полосе?

[warlock66613]

Конструкция датчика не играет роли. Но кусок железа не датчик: по состоянию куска железа не понять пролетал ли мимо электрон.
Не стоит представлять волновую функцию как реальную волну в пространстве, это скорее просто способ расчёта куда попадёт частица, точнее куда она попадёт с какой вероятностью.
Каждый электрон случайно попадает в одну точку экрана. Когда мы берём общую картину, куда электроны попадали чаще, а куда реже, мы видим что эти точки образуют полосы.

[IvashenkoAV]

Спасибо за ответ.

warlock66613 в сообщении #1735811 писал(а):

Каждый электрон случайно попадает в одну точку экрана. Когда мы берём общую картину, куда электроны попадали чаще, а куда реже, мы видим что эти точки образуют полосы.

Каждый электрон случайно попадает в любую точку экрана с вероятностью, которая задается ВФ. Именно также определяется интерференционная картина для волны. И даже если каждый электрон выстреливается отдельно, мы все-равно видим на экране интерференционную зону. Т.е. каждый электрон участвует в ее образовании. Но с другой стороны каждый электрон проходит ровно через одну щель при определении датчиком, попадает ровно в одну точку экрана. Т.е. он ведет себя как частица.
Основное отличие Бомовской интерпретации, Копенгагенской интерпретации и ММИ в отношении к суперпозиции. В Бомовской интерпретации она не нужна, в Копенгагенской интерпретации она лишь инструмент, а не реально существующее состояние, а в ММИ она напротив-реально существующее состояние. Бомовская теория кажется более реалистичной. Она разделяет электрон на его поле и на собственно частицу. Поле проходит через обе щели и формирует зону, как волна, а электрон движется уже по одному из более вероятных путей. Указывается нелокальность Бомовской теории как недостаток, но и в КМ в Копенгагенской интерпретации нелокальность зашита в волновой функции, которая схлопывается мгновенно, т.е. она имеет ровно тот же недостаток. Преимущество Бома-де Бройля в том, что эта теория позволяет двигаться дальше, искать законы и причины по которым электрон выбирает один из возможных путей, например можно предположить, что его поле проходя через две щели неравномерно поляризует пространство и какой-то путь оказывается предпочтительнее или на выбор пути влияют колебания атомов щели и т.д. А КМ все дальнейшие попытки проникнуть глубже внутрь сразу же обрубает, скрывая их за статистикой. По сути это констатирующая теория, которая дошла до своего предела и далее развиваться особо не может. Вопрос: а почему теория де Бройля-Бома стала альтернативной? Есть ли для этого основания? Есть ли подтверждения существования состояния суперпозиции у частиц? (Нет). Может КМ просто более удобна для практического применения и описания? Но она не удобна для объяснения и дальнейшего изучения, она говорит что таков мир и его свойства, а почему он такой, что физически происходит с электроном между пушкой и экраном она не объясняет. Электрон существует в виде ВФ, но согласно копенгагенской интерпретации сама эта ВФ базируется на понятии суперпозиции, которое является лишь абстракцией/инструментом для описания, а не реальным зафиксиррванным состоянием частицы, но физика изучает физические объекты и их свойства, состояния. Введение такого абстрактного состояния в теорию не дало более глубокого понимания процесса интерференции. Так почему наука отвернулась от теории Бома-де Бройля в сторону КМ? Как минимум по логике вещей эти теории должны быть равноправными для теоретиков хотя бы. И с другой стороны обе они должны быть равноправны с ММИ, в которрй суперпозиция- реально существующее состояние. Но студентов-то в ВУЗах учат, что в микромире частицы обладают квантовыми свойствами, электрон проходит сразу через 2 щели и т. д. Но не говорят, что это лишь одна из интерпретаций наблюдаемых явлений, основанная на гипотезе существования состояния суперпозиции или основанная на суперпозиции как абстракции. Т.е. подают этот квантовый микромир с его квантовыми свойствами как факт. А на поверку- это лишь интерпретация наблюдаемых явлений.

[realeugene]

IvashenkoAV в сообщении #1735822 писал(а):

Основное отличие Бомовской интерпретации, Копенгагенской интерпретации и ММИ в отношении к суперпозиции.

Не надо делать грандиозных выводов про квантовую механику после просмотра мультфильмов. Получается пурга.

Весь ваш неструктурированный текст не читал.

[warlock66613]

IvashenkoAV в сообщении #1735822 писал(а):

Вопрос: а почему теория де Бройля-Бома стала альтернативной? Есть ли для этого основания?

Да, у неё есть трудности. Во-первых, нелокальность, которую однако нельзя обнаружить. Это выглядит как необъяснимая тонкая подгонка. Во-вторых, нет объяснения почему частицы в начальном состоянии распределены в соответствии с волновой функцией. Предполагается, что должны существовать некие "неравновесные процессы", которые обеспечивают это, но теория таких процессов не построена и в природе они не зарегистрированы. В-третьих, проблема со статусом волновой функции. Первоначально это считалось чем-то вроде реального поля. Но тогда, если это реальное поле, из него могут быть сделаны реальные вещи. Тогда нет оснований считать, что мы сделаны из частиц, а не из этого поля, как в ММИ. Поэтому Дэвид Уоллес назвал бомовскую механику "ММИ в отрицании". В-четвёртых, теорию сложно распространить на теорию поля. Кроме этих реальных причин были ещё и исторические, почему бомовская механика не так известна как должна бы и не так принята как должна бы.

IvashenkoAV в сообщении #1735822 писал(а):

Так почему наука отвернулась от теории Бома-де Бройля в сторону КМ?

Это неверное противопоставление. Бомовская механика и есть квантовая механика, одна из её интерпретаций. В вузах учат вычислять. Эти вычисления одинаковы что в бомовской интерпретации, что для любой другой. Научиться вычислять, понять квантовую механику с этой стороны, со стороны точных формул крайне важно не только для физиков, но и для философов. Все крупные философы физики имеют физическое образование и это неслучайно.

IvashenkoAV в сообщении #1735822 писал(а):

Но студентов-то в ВУЗах учат, что в микромире частицы обладают квантовыми свойствами, электрон проходит сразу через 2 щели и т. д.

Частицы в микромире совершенно точно обладают квантовыми свойствами, а электрон по крайней мере в некотором смысле проходит через две щели и так в любой интерпретации, в том числе в бомовской механике. Бомовские частицы — это совсем не простые классические частицы, и бомовские частицы — это не совсем электроны (например, бомовские частицы вообще говоря не имеют заряда как электрон или имеют его в сильно неклассическом смысле). На самом деле всё сложнее и весьма контринтуитивно.

[IvashenkoAV]

warlock66613
Большое спасибо, за то, что смогли дочитать мой нес труктурированный текст и дать подробный и исчерпывающий ответ на мои вопросы.
Интересно узнать Ваше мнение: Как Вы считаете, суперпозиция- это реально существующее состояние или абстракция? И какой интерпретации КМ Вы отдали бы предпочтение?

[warlock66613]

IvashenkoAV в сообщении #1735854 писал(а):

Интересно узнать Ваше мнение: Как Вы считаете, суперпозиция- это реально существующее состояние или абстракция?

Очень похоже, что это абстракция, а именно так называемая латентная переменная скрытой марковской модели.

IvashenkoAV в сообщении #1735854 писал(а):

И какой интерпретации КМ Вы отдали бы предпочтение?

Стохастически-квантовому соответствию. Во многом это похоже на бомовскую механику: тоже частицы (или поля в теории поля), тоже конфигурационное пространство, но многие проблемы отсутствуют. Там правда есть одна загвоздка, из-за которой не всё срастается, но я думаю это можно поправить.

[warlock66613]

Надо наверное добавить: имхо, не стоит переоценивать значимость утверждений, что что-то является абстракцией, что чего-то не существует как конкретного объекта. Очень многих важных вещей не существует и они не становятся от этого менее важными. Доктор Кто не существует. Гарри Джеймс Поттер-Эванс-Веррес не существует, но он играет в моей жизни роль побольше многих существующих людей. Так и роль волновой функции в функционировании мира трудно переоценить, неважно, существует она как конкретный объект или нет.

[Ende]

Выделена тема «Что такое существовать и другие вопросы философии»

[warlock66613]

Рассмотрим модельную вселенную, где всё что есть -- летающий невзаимодействующий шар. Для простоты время пусть будет дискретным с шагом в секунду. И пусть законы динамики этого шара таковы, что для предсказания положения объекта через секунду надо знать положение объекта в настоящем и положение объекта секунду назад. То есть закон динамики явно немарковский. Вот я изобразил условно эту вселенную:

Работать с немарковским законом сложно. Можно ли как-то считерить? Можно. Добавим мысленно -- на самом деле несуществующий -- призрачный шар к текущему состоянию вселенной, который располагается там, где настоящий шар был секунду назад:

Теперь прошлое нам знать не нужно, поэтому я его перечеркнул. Мы получили скрытую марковскую модель, где текущего состояния полностью достаточно для предсказания эволюции. Положение призрачного шара -- это латентная переменная скрытой марковской модели.

Такие латентные переменные -- именно в контексте описанном выше, когда мы начинаем с физической немарковской модели -- обладают следующими типичными признаками (для шаров выполняются не все, поскольку это очень простая модель):

1. (Абстрактность) Они обычно концептуально абстрактны.
2. (Неуникальность) Их можно определять по-разному и подвергать всяким преобразованиям.
3. (Ненаблюдаемость) Обычно они в принципе ненаблюдаемы.
4. (Внепространственность) Они не расположены в определённом месте пространства.
5. (Отсутствие обратной реакции) Эволюция реального физического состояния зависит от латентных переменных, но не наоборот.
6. (Громоздкость) Они часто имеют большое количество степеней свободы, необходимых чтобы впихнуть немарковский процесс в марковские рамки.
7. (Контингентность) В отличие от законов природы, они не универсальны и разные для разных систем/случаев.

Теперь посмотрим на волновую функцию в той же бомовской механике. Она 1. абстрактна, 2. неуникальна, 3. ненаблюдаема, 4. внепространственна, 5. эволюционирует сама по себе, без влияния со стороны частиц, 6. имеет огромное число степеней свободы, 7. разная для разных ситуаций.

То есть волновая функция крякает как утка и имеет ещё минимум шесть признаков утки (латентной переменной скрытой марковской модели).

[realeugene]

warlock66613 в сообщении #1736203 писал(а):

4. (Внепространственность) Они не расположены в определённом месте пространства.
5. (Отсутствие обратной реакции) Эволюция реального физического состояния зависит от латентных переменных, но не наоборот.

Вы не могли бы более подробно осветить эти два пункта?

[warlock66613]

realeugene в сообщении #1736207 писал(а):

Вы не могли бы более подробно осветить эти два пункта?

Наши призрачные шары расположены в определённом месте пространства. Это нехарактерно для латентной переменной. Обычно её нельзя соотнести с определённым местом в пространстве, она как бы живёт параллельно ему, вне его. Волновая функция как раз не живёт в обычном трёхмерном пространстве. Она живёт в отдельном $3n$-мерном пространстве, где $n$ -- число частиц. Поэтому она внепространственна.

Опять же, в нашем примере с шаром чтобы определить где призрачный шар будет в следующий момент времени нужно знать положение настоящего шара. Это нехарактерно для латентной переменной. Это можно увидеть даже с шарами, если усилить немарковость и потребовать чтобы знать было необходимо не только положение одну секунду назад, но и две, три и так далее до какого-то фиксированного момента времени. Тогда все эти прошлые положения шаров войдут в латентную переменную и закон её эволюции станет независимым от реальных шаров, замкнутым. Эволюция волновой функции как раз замкнута и ни от чего кроме неё самой не зависит.

[realeugene]

warlock66613 в сообщении #1736209 писал(а):

Она живёт в отдельном $3n$-мерном пространстве, где $n$ -- число частиц. Поэтому она внепространственна.

Э... Но в такой формулировке 3 - это именно размерность пространства. В каждой точке пространства живёт $n$ переменных.

warlock66613 в сообщении #1736209 писал(а):

Тогда все эти прошлые положения шаров

плохо понял рассуждения, но эта фраза не означает зависимость от истории движения всех шаров от Большого Взрыва? Теория с таким требованием выглядит бесполезной. Волновая функция всё-таки это некоторое описание текущего состояния без отсылок в далёкое прошлое. Более того, в квантах важно также понятие полного описания квантовой системы.

[warlock66613]

realeugene в сообщении #1736241 писал(а):

Но в такой формулировке 3 - это именно размерность пространства. В каждой точке пространства живёт $n$ переменных.

$\Psi(\mathbf r_1, \ldots, \mathbf r_n)$ никак в обычное пространство не впихнуть.

realeugene в сообщении #1736241 писал(а):

та фраза не означает зависимость от истории движения всех шаров от Большого Взрыва?

В принципе не обязательно, но на деле так.

realeugene в сообщении #1736241 писал(а):

Теория с таким требованием выглядит бесполезной.

Это не относится к делу.

Надо понимать, что универсальная волновая функция, о которой речь, это не совсем та волновая функция, которая используется в практических расчётах. Последняя называется эффективной волновой функцией.

[realeugene]

warlock66613 в сообщении #1736247 писал(а):

Это не относится к делу.

Относится. Законы природы - это известные людям ограничения. Если теория не ограничивает ничего, она бесполезна.