Эксперимент Уилера с отложенным выбором

[a.tom]

Здравствуйте, уважаемы форумчане, и, с Новым годом!

Придумали мы с другом квантовый эксперимент, по мотивам эксперимента Уилера с отложенным выбором, и не можем понять, какой будет его результат.
Эксперимент Уилера с интерферометром Маха-Цандера, когда один фотон входит через первое полупрозрачное зеркало (1ПП), а то, ставить или нет второе, решается после (отложенный выбор). Если зеркало не ставят, то фотон выходит одним из путей с вероятностью 50 на 50%.
Если же второе зеркало (2ПП) установить так, чтобы выходил он через него, то несмотря на то, что фотон вошёл без 2ПП, и, соответственно, шёл каким-то одним, но неизвестным путём, то на выходе будет интерференция. Уилер отвергает наивную интерпретацию, что установка второго зеркала меняет картину; говорится, что второе зеркало стирает информацию о пути, а потому интерференция возможна.

Чтобы выяснить точно, релевантна ли наивная интерпретация или его объяснение, мы модифицировали эксперимент так:
1. фотон входит в интерферометр, когда установлены оба ПП зеркала, но ещё до выхода фотона из интерферометра первое зеркало убирают. Какая картина будет в этом случае на выходе?
Вариант нашего решения (без знания формализма квантовой физики): вроде бы фотон идёт до второго ПП зеркала одним, но неизвестным путём, и должна быть интерференция, но интерферометра то уже нет, а только одно 2ПП зеркало осталось, как тут смогут фазы смешиваться? Неужели фотон запомнит (скрытые параметры), что при его входе 1ПП было? Неравенства Белла, проверенные в опыте, отвергают локальные скрытые параметры.
2. вариант опыта: фотон входит в интерферометр без 1ПП зеркала, но до его выхода зеркало устанавливают так, что выходит фотон из целого интерферометра. Что будет на выходе?
Наш вариант решения: фотон идёт заведомо известным путём, и даже при установке 1ПП зеркала интерференции не должно быть. Опять же, при выходе фотона интерферометр-то в сборе?

В общем, мы изредка спорим, но так и не знаем ответа. Может были такие опыты?

[warlock66613]

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

Какая картина будет в этом случае на выходе?

Такая же, как если не убирать первый делитель: главное что оно было, когда свет проходил через него.

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

фотон входит в интерферометр без 1ПП зеркала, но до его выхода зеркало устанавливают так, что выходит фотон из целого интерферометра. Что будет на выходе?

То же самое, как если бы делителя так и не было.

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

скрытые параметры

Скрытые параметры тут не при чём. Состояние фотона ("открытые параметры") после прохождения места где есть или нет делитель, будет разным.

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

Может были такие опыты?

Я не могу сказать были или нет именно такие опыты. Квантовые оптики ставят много разных опытов, ещё и похитрее описанного. Если бы обнаружилось нарушение предсказаний теории, это была бы сенсация, но предсказания подтверждаются. Так что можете смело считать, что будет так, как предсказывается теорией — так, как я описал выше.

[a.tom]

Спасибо за ответ, warlock66613!

В целом, мы так и представляли предсказание теории, но научный метод подразумевает всё же, что опыт определяет верность теории. Смело считать-то мы можем, но это ж не религия, потому место для сомнений остаётся и опыт был бы предпочтительнее. Обычно так и меняются теории, когда опыт их опровергает, а иначе так и верили б Аристотелю, что тяжёлые тела быстрее падают. И да, это была бы сенсация, потому что сверхсветовая связь стала бы возможна.
Но я не настаиваю, просто считаю, что лучше закрыть/открыть возможности проверкой в опыте. Неравенства Белла столько лет дотошно проверяли отметая все лазейки, так чего уж тут мелочиться? Глядишь, и тема для курсовой студенту. Тем более что с современными возможностями опыт простой.

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

шёл каким-то одним, но неизвестным путём

Вовсе нет, он шел как как бы "одновременно" по всем двум путям, с соответствующими амплитудами, а не по одному, неизвестному

[a.tom]

Doctor Boom

Эта фраза относится к эксперименту Уилера, к тому моменту, когда фотон прошёл 1ПП зеркало, а второе ещё не было установлено. Вы правда считаете, что фотон в случае наличия только одного ПП зеркала (т.е. до установки второго) идёт по всем путям?
Хотя это, скорее, разногласия интерпретации с классической или с квантовой стороны.
Просто я использовал терминологию Уилера, который говорит о распространении фотона без второго зеркала так: " [...] иди один счётчик не отвечает, или другой. То есть, фотон двигается по одному из путей " (Wheeler, 1984). О случае целого интерферометра с двумя зеркалами, он говорит: "это свидетельствует об интерференции [...] доказательстве того, что каждый квант света прибыл дважды с обоих направлений "(Wheeler, 1984).

Наш эксперимент как раз для того, чтобы ответить однозначно, это фотон идёт двумя путями или установка создаёт условия для интерференции. У Уилера же нельзя точно сказать, что является причиной интерференции, т.к. на момент выхода фотона есть полноценный интерферометр, хоть и собранный на полпути. У нас на момент выхода фотона (1 вариант опыта) интерферометра нет, что исключает влияние его как установки на результат эксперимента.

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

Вы правда считаете, что фотон в случае наличия только одного ПП зеркала (т.е. до установки второго) идёт по всем путям?

Конечно, да, иначе установка 2ПП ничего не изменит - интерференции не будет (например если мы до этого определили, что фотон идет по одному из плеч интерфероментра). Да и в случае просто неизвестного пути ее тоже не будет.

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

Хотя это, скорее, разногласия интерпретации с классической или с квантовой стороны.

Нет, это как бы экспериментальный факт

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

То есть, фотон двигается по одному из путей

Я бы это понимал как, что фотон коллапсировал в такое состояние, которое в ретроспектировании при классическом подходе превращается в "фотон двигался по одному из путей", но это на самом деле было не так, иначе была бы машина времени

[a.tom]

Doctor Boom, спасибо за пересказ ваших представлений.
Однако уважаемый warlock66613 уже частично ответил на вопрос, описав как предсказывает исход теория.
Основной же вопрос был о результатах опыта. И было сказано зачем.
Если Уилер хотел показать, что дело не столько в ПП зеркалах (наивная интерпретация), а в самом фотоне, который изменил своё состояние, то его опыт построен не чисто, потому что влияние зеркал-то не устранено.
А надо бы, чтобы действительно устранить влияние ПП зеркал, так: фотон проходит через 1ПП зеркало и, по идее, раз фотон уже изменился, то 1ПП зеркало надо убрать, чтобы исключить его возможное влияние; ещё лучше, если только после этого будет установлено 2ПП. Это сделано для исключения возможного влияния зеркал на результат, но если вдруг такое влияние есть, то и оно будет обнаружено.

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576167 писал(а):

Doctor Boom, спасибо за пересказ ваших представлений.

Это стандартная КМ. 1ПП как раз и нужно для того, чтобы фотон шел "по всем путям", как вы еще это сделаете?

a.tom в сообщении #1576167 писал(а):

Однако уважаемый warlock66613 уже частично ответил на вопрос, описав как предсказывает исход теория.

Да, только как это отменяет вашу глупость?

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

говорится, что второе зеркало стирает информацию о пути.

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

Вы правда считаете, что фотон в случае наличия только одного ПП зеркала (т.е. до установки второго) идёт по всем путям?

a.tom в сообщении #1576074 писал(а):

фотон идёт до второго ПП зеркала одним, но неизвестным путём, и должна быть интерференция

Не должно быть интерференции, это легко показать. Ставим детекторы на плечи интерферометра (со всеми ПП зеркалами) - при определении, через какое плечо идет фотон, не имеем интерференции. В противном случае наблюдаем интерференцию, а значит фотон шел "по всем путям", т.к. это единственный способ того, как это сделать. Причем тут какие-то влияния ПП?

a.tom в сообщении #1576167 писал(а):

Если Уилер хотел показать, что дело не столько в ПП зеркалах (наивная интерпретация), а в самом фотоне, который изменил своё состояние, то его опыт построен не чисто, потому что влияние зеркал-то не устранено.

Суть этого опыта, как мне видится, в следующем. Без 2ПП зеркала у нас ситуация может быть двоякой - либо детекторы произвели коллапс суперпозиции, либо имелась классическая вероятностная смесь, что фотон прошел по какому-то неизвестному пути. После установки 2ПП зеркала имеем интерференцию, а значит разрушение суперпозиции при детектировании.

a.tom в сообщении #1576167 писал(а):

А надо бы, чтобы действительно устранить влияние ПП зеркал, так: фотон проходит через 1ПП зеркало и, по идее, раз фотон уже изменился, то 1ПП зеркало надо убрать, чтобы исключить его возможное влияние; ещё лучше, если только после этого будет установлено 2ПП

Причем тут какие-то влияния ПП?

a.tom в сообщении #1576167 писал(а):

Это сделано для исключения возможного влияния зеркал на результат, но если вдруг такое влияние есть, то и оно будет обнаружено.

Тогда вам еще нужен третий детектор по середине, т.к. из вашего гипотетического предположения, что при убирании 1ПП фотон изменит свое состояние на такое, которое было бы если бы никакого 1ПП не было, то он начал бы идти по середине, т.к. 1ПП разделяет изначальный "путь" фотона на два симметричных. Да и вы уже другое проверяете, есть ли влияние 1ПП зеркала на уже ушедший фотон. Речь же идет о том, шел ли фотон "всеми путями" до 2ПП зеркала, это проверяется моим вышеопиосанным опытом. У Уиллера действительно можно прикопаться, что 2ПП зеркало всегда дает интерференцию.

a.tom в сообщении #1576086 писал(а):

Неравенства Белла столько лет дотошно проверяли отметая все лазейки, так чего уж тут мелочиться? Глядишь, и тема для курсовой студенту. Тем более что с современными возможностями опыт простой.

Ага, простой, в лаборатории убирать источники фотонов до того, как они достигнут экрана..

[a.tom]

Doctor Boom в сообщении #1576172 писал(а):

Это стандартная КМ. 1ПП как раз и нужно для того, чтобы фотон шел "по всем путям", как вы еще это сделаете?

А можете вы показать в опыте, что этот фотон идёт "по всем путям"? Нет - поставьте датчики и будет срабатывать только один. Можно только дать интерпретацию такому поведению, например, с использованием амплитуд вероятности с последующим нелокальным коллапсом, но такая интерпретация не единственная.

Doctor Boom в сообщении #1576172 писал(а):

Причем тут какие-то влияния ПП?

А это и есть наивная интерпретация, которую необходимо исключить с помощью модификации опыта, потому что опыт Уилера этого не обеспечивает.
1. вариант наивный - это интерферометр создаёт особые условия для интерференции, а фотон идёт каким-то одним путём, но оба пути, из-за интерферометра, стали волнистыми;
2. вариант стандартный - вам он известен.
В опыте с отложенным выбором на момент выхода фотона интерферометр в сборе, потому и невозможно точно определить, фотон ли в особом состоянии отвечает за интерференцию или квантовый режим интерферометра.

Doctor Boom в сообщении #1576172 писал(а):

Ага, простой, в лаборатории убирать источники фотонов до того, как они достигнут экрана..

Вы об этом?
А в 2000 г. в Принстоне Л.Д. Ванг (L.J. Wang) и его группа зафиксировали рекордное (пока) превышение c – до 310 раз – при прохождении импульса света через ампулу с парами цезия. Причем пик импульса выходил из ампулы раньше, чем успевал в нее войти. Wang, L.J. Gain-assisted superluminal light propagation / L.J. Wang, A. Kuzmich, A. Dogariu // Nature. –
2000. – Vol. 406. – P. 277–279.

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576182 писал(а):

А можете вы показать в опыте, что этот фотон идёт "по всем путям"? Нет - поставьте датчики и будет срабатывать только один. Можно только дать интерпретацию такому поведению, например, с использованием амплитуд вероятности с последующим нелокальным коллапсом, но такая интерпретация не единственная.

Зато она самая простая, бритва Оккама же. Даже если вы приведете интерпретацию, где нет суперпозиции, то она
1. Будет по предсказанием не отличаться от копенгагена
2. Там будут как минимум два разных состояния "фотон идет каким-то одним путем", которые дают различный итог, чтобы было совпадение с опытом. Так что можно одно из них условно назвать суперпозицией (или каким-то другим словом), вопрос останется тем же, и ответ на него тоже.

a.tom в сообщении #1576182 писал(а):

вариант наивный - это интерферометр создаёт особые условия для интерференции, а фотон идёт каким-то одним путём, но оба пути, из-за интерферометра, стали волнистыми;

Так он идет одним путем, или путь стал волнистый?

a.tom в сообщении #1576182 писал(а):

квантовый режим интерферометра

Такого понятия вроде нет

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

Хотя это, скорее, разногласия интерпретации с классической или с квантовой стороны.

Нет никакой классической и квантовой интерпретации
В любом случае, вы никак не прокомментировали ваше

a.tom в сообщении #1576126 писал(а):

Вы правда считаете, что фотон в случае наличия только одного ПП зеркала (т.е. до установки второго) идёт по всем путям?

вы это говорите, как будто это не мейнстрим

a.tom в сообщении #1576182 писал(а):

Вы об этом?
А в 2000 г. в Принстоне Л.Д. Ванг (L.J. Wang) и его группа зафиксировали рекордное (пока) превышение c – до 310 раз – при прохождении импульса света через ампулу с парами цезия. Причем пик импульса выходил из ампулы раньше, чем успевал в нее войти. Wang, L.J. Gain-assisted superluminal light propagation / L.J. Wang, A. Kuzmich, A. Dogariu // Nature. –
2000. – Vol. 406. – P. 277–279.

А вы это к чему?

[a.tom]

Doctor Boom в сообщении #1576186 писал(а):

ато она самая простая, бритва Оккама же. Даже если вы приведете интерпретацию, где нет суперпозиции, то она
1. Будет по предсказанием не отличаться от копенгагена
2. Там будут как минимум два разных состояния "фотон идет каким-то одним путем", которые дают различный итог, чтобы было совпадение с опытом. Так что можно одно из них условно назвать суперпозицией (или каким-то другим словом), вопрос останется тем же, и ответ на него тоже.

Зачем здесь бритва Оккама, когда можно проверить в опыте? Вы не любите опытов? Они же - результаты опытов - определяют достоверность теории, а не наоборот. И достаточно одного опыта, чтобы опровергнуть теорию.

Doctor Boom в сообщении #1576186 писал(а):

Так он идет одним путем, или путь стал волнистый?

Фотон идёт одним путём, но пути эти волнистые, если интерферометр в сборе, и они интерферируют, а фотон лишь показывает их состояние. Это наивная интерпретация, которую необходимо закрыть в опыте.

Doctor Boom в сообщении #1576186 писал(а):

А вы это к чему?

Doctor Boom в сообщении #1576172 писал(а):

Ага, простой, в лаборатории убирать источники фотонов до того, как они достигнут экрана..

Это я к тому. что необязательно удалять источник, потому что иногда действие происходит до прихода фотона.
О каких источниках вы говорите? Источник фотона, я так понимаю, это излучатель, а если вы так ПП зеркало назвали, то оно более преобразователь.
В нашем опыте достаточно поставить после первого ПП зеркала фотозатворы (у них время срабатывания наносекунды) и после прохождения фотона через 1ПП и через фотозатворы, перекрыть пути, чтобы исключить всякие волнистые пути. Зачем придумывать схему такой сложной, как это сделали вы?

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

Зачем здесь бритва Оккама, когда можно проверить в опыте? Вы не любите опытов? Они же - результаты опытов - определяют достоверность теории, а не наоборот. И достаточно одного опыта, чтобы опровергнуть теорию.

Различные интерпретации неразличимы в опыте. Если вы про ваше "1ПП зеркало это постоянная во времени причина того, что фотон идет одним путем, но волнистым, и поэтому интерферирует", то это пока не интерпретация, нет общей теории. Хотя это проверяемо, что это не так. Просто вы путаете людей, когда говорите, что фотон шел определенным путем, а имеете ввиду определенный волнистый путь (а не прямой?) в рамках какой-то (какой?) интерпретации. Такой терминологии нигде нет

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

Фотон идёт одним путём, но пути эти волнистые, если интерферометр в сборе, и они интерферируют, а фотон лишь показывает их состояние.

Что значит путь один, но волнистый? Птичий язык У нас либо один путь, либо суперпозиция путей (либо то, что можно изоморфно отобразить на это).

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

Это наивная интерпретация, которую необходимо закрыть в опыте.

Что это за интерпретация?

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

Это я к тому. что необязательно удалять источник, потому что иногда действие происходит до прихода фотона.

Например

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

О каких источниках вы говорите? Источник фотона, я так понимаю, это излучатель, а если вы так ПП зеркало назвали, то оно более преобразователь.

Ок, его

a.tom в сообщении #1576190 писал(а):

В нашем опыте достаточно поставить после первого ПП зеркала фотозатворы (у них время срабатывания наносекунды) и после прохождения фотона через 1ПП и через фотозатворы, перекрыть пути, чтобы исключить всякие волнистые пути.

Что такое волнистые пути, и почему это их исключит? И если бы интерференция разрушалась, то как тогда фотон выбирал бы, по какому пути ему идти?

[a.tom]

Doctor Boom в сообщении #1576208 писал(а):

имеете ввиду определенный волнистый путь (а не прямой?) в рамках какой-то (какой?) интерпретации. Такой терминологии нигде нет

"В теории де Бройля — Бома, волновая функция определяется для обеих щелей, но каждая частица имеет чётко определённую траекторию, которая проходит точно через одну щель"
https://ru.wikipedia.org/wiki/Теория_де_Бройля_—_Бома
Например, эта интерпретация. Тогда волновая функция строится для ПП зеркал (интерферометра), а фотон идёт по одному из путей.

А вообще, зачем мне выдумывать то, что должно быть отсечено в опыте? Просто наш опыт позволяет это сделать.
Хотя я бы ещё добавил фотозатвор и перед 2ПП, чтобы открыть его перед самым приходом фотона. Но это для перестраховки.
А вот если опыт покажет вдруг чего необычного, то тут же интерпретация найдётся.

[Doctor Boom]

a.tom в сообщении #1576216 писал(а):

"В теории де Бройля — Бома, волновая функция определяется для обеих щелей, но каждая частица имеет чётко определённую траекторию, которая проходит точно через одну щель"
https://ru.wikipedia.org/wiki/Теория_де_Бройля_—_Бома
Например, эта интерпретация. Тогда волновая функция строится для ПП зеркал (интерферометра), а фотон идёт по одному из путей.

Я о ней тоже подумал, но только там нет никакого влияния ПП зеркал на волнистость путей, в экспериментальном плане там все как в копенгагене. Вот мне и интересно, что это за ваша наивная интерпретация, какая у нее онтология?

a.tom в сообщении #1576216 писал(а):

А вообще, зачем мне выдумывать то, что должно быть отсечено в опыте? Просто наш опыт позволяет это сделать.

Ок, тогда у меня была просто претензия, что вы под "неизвестным путем" понимали волнистый путь, а не прямой, хотя в общепринятой интерпретации эта штука изоморфна вашему прямому, а не волнистому пути (а волнистый путь это по двум пути "сразу"). Т.е. почему вы пользовались Бомом (с кривой формулировкой), а не копенгагеном?

[a.tom]

Doctor Boom в сообщении #1576223 писал(а):

Я о ней тоже подумал, но только там нет никакого влияния ПП зеркал на волнистость путей, в экспериментальном плане там все как в копенгагене. Вот мне и интересно, что это за ваша наивная интерпретация, какая у нее онтология?

Ближе всего к такой картине теория де Бройля-Бома. Воспринимайте как проверяемую интерпретацию именно Бома.

Doctor Boom в сообщении #1576223 писал(а):

Ок, тогда у меня была просто претензия, что вы под "неизвестным путем" понимали волнистый путь, а не прямой, хотя в общепринятой интерпретации эта штука изоморфна вашему прямому, а не волнистому пути (а волнистый путь это по двум пути "сразу"). Т.е. почему вы пользовались Бомом (с кривой формулировкой), а не копенгагеном?

Потому что я интересующийся, а не спец, потому могу напутать с точностью формулировок.
Наш опыт, получается, подходит для выбора между Бомом и копенгагеном.
Кстати, этот опыт можно модифицировать так: две щели (как на картинке в Википедии, где показаны две щели с волновыми функциями), а за ними фотозатвор для перекрытия волновых функций щелей (вроде должен подойти), после прохождения фотона или электрона, и до попадания их на экран.
Эксперимент позволит выбрать между интерпретациями: если интерференции не будет, после закрытия фотозатвора, то Бом, а если останется - то копенгаген.
Это потому, что частица у Бома идёт одним путём по волновым функциям щелей, и функции (нелокальны) можно отсечь сразу после прохождения частицы. В копенгагене частица является носителем состояния и потому продолжит путь не "оглядываясь" на щель.