Интерференция с точки зрения квантовой электродинамики.

[Аурелиано Буэндиа]

LynxGAV писал(а):

По-тихоньку продолжаю прозревать. Под впечатлением Вашей задачи, параховой, обчиталась литературы, спасибо. Даже не хочется ничего говорить. Этим вопросом занимались великие мира сего...Есть выводы. До сих пор ставятся эксперименты, можете себе представить.

А ссылки на последние эксперименты есть?

[LynxGAV]

У слов типа "фотон" смысла нет! (Мне нагло врали, беру свои слова обратно, фотон - это не частица, википедия скорее всего тоже врет, тут, конечно, надо триста пятьдесят раз оговориться ) Пусть хоть баритон, смысл есть в мат. выражениях, которые обозвали фотоном.
Вот сделала Вам подборку - смотрите. Это (для раскачки и поднятия настроения), а потом вот это (какой бы простенькой эта статья не казалась, прочитайте все же до конца, там есть о "квантовом ластике").
Вам понравится!
Потом плавный переход на учебники, типа "Квантовая элекродинамика" Берестецкий В. Б. Лифшиц Е. М. Питаевский Л. П. (Тут я шучу, знаю, что Вы читали.)
Лев Петрович преподавал мне кэд, но обо всем умолчал!
( + добавим еще пару учебников, один из них уже Вами упоминавшийся, это Ахренезер-Берестецкий, второй уже мной упоминавшийся - это Ричард Фейнман ( + 2 его научно-популярные книги по КЭД) )
Полезно посмотреть очень старенькую, но до сих пор несравненную "Квантовую теорию излучения" Гайтлера (в явном виде по интерференции ничего нет, зато есть про скалярные фотоны и не только..)
Наконец-то добралась - работа Глаубер Р. "Оптическая когерентность и статистика фотонов" Квантовая оптика и квантовая радиофизика Мир 1966.
Но если смотреть по-серьезному, то будет куча разных нюансов Сarruthers, Nieto - Rev. Mod. Phys. 1968 Vol.40 и так далее.
Оказывается, как минимум с некоего года х - это уже не загадка (все же еще загадка, потому что Люди работают в этой области), поэтому не надо выдумывать ненужного. Все "загадки" в физике, в основном, очень глубоко.
Кстати, вот интересная статья из Википедии (мне понравилась).
На случай если кто-то сильно умный тут объявится и решит высказаться, да, все очень просто, но все в мире относительно и я лично считаю, что надо быть очень строгими в определениях.
Я б такая, что эту тему закрыла, потому что гипотетически она может переплюнуть ВТФ (не она конкретно, а все, что вокруг крутится).

PS Расcмотрим интерференцию двух волн с фиксированным суммарным числом фотонов. Любая попытка определения пути, по которому прошел фотон уничтожает интерференционную картину. (Поскольку $\triangle n = 0$, то мы наталкиваемся на принцип неопределенности - возникающий в связи с тем, что операторы числа фотонов и косинуса и синуса фазы не коммутируют, следовательно величины одновременно померять нельзя.) Очень простой ответ на кусочек вопроса. Такова интерференция с точки зрения квантовой электродинамики.

[LynxGAV]

..................................................................................................................

Фотоны, электроны, и прочие элементарные (и не очень элементарные) частицы всегда регистрируются локальным образом. Т.е. оставляют точечные следы на фотопластинках и прочих детекторах. Никто никогда не видел размытого следа от одного фотона. Известно также, что фотоны поглощаются и излучаются "штуками" - если сильно ослабить свет от некоторого источника (отойти подальше или поставить плотный фильтр), то уменьшится частота детектирования фотонов, но сами фотны вовсе не потеряют "в весе". Это позволяет сделать вывод, что фотон является частицей, т.е. некоторой локализованной в пространстве сущностью. Однако, этот вывод оказывается несовместимым с экспериментальными данными. Так, говоря, что фотон - частица, мы предполагаем, что он всегда локализован в пространстве, пусть мы точно и не знаем, где. А это оказывается не так - пример с интерференцией одиночного фотона на двух щелях это подтверждает. Если бы фотон сохранял свою локализацию постоянно, то он бы пролетал всегда через какую-либо одну из щелей. Однако интерференционная картина выглядит так, как будто он пролетает через обе сразу, причём обладает при этом какой-то "длиной волны". Кроме этого, все попытки выяснить, через какую именно щель пролетел фотон - а это, казалось бы, совершенно невинная операция - оканчиваются провалом: интерференционная картина пропадает. Я уж не говорю о гораздо более изощрённых экспериментах вроде «квантового ластика», который вообще невозможно объяснить, предполагая локализацию фотона хоть в пространстве хоть во времени.

Таким образом, фотон (надеюсь, понятно, что вместо фотона сюда можно подставить и электрон и вообще любой квантовый объект) поглощается, излучается и детектируется как частица, локально, но распространяется как волна, нелокально (с определённой длиной волны и со всеми сопутствующими ей интерференционными эффектами). Не "волнообразно", не "по синусоиде", а в чистом виде как волна, запоняющая собой некое нелокальное пространство. Но зафиксировать эту нелокальность можно только косвенно, поскольку попытка поймать фотон на полпути связана с необходимостью его детектировать, а как мы помним, детектируется он всегда локально. Т.е. зарегистрируется он всё равно только в одной точке. Вот именно это явление и называется корпускулярно-волновым дуализмом.

Ещё раз: фотон НЕ частица, потому что при распространении он не сохраняет локальность. Но фотон и НЕ волна, потому что детектируется он всегда локально. И такое поведение характерно абсолютно для всех квантовых объектов - что проверено экспериментально вплоть до крупных многоатомных кластеров. (Хотя есть существенная разница в квантовании ЭМ-поля в случае безмассовых (фотоны) и массивных (массивные лептоны) частиц. В первом случае имеется расходимость и даже временами нарушение лоренц-ковариантности. Но для данного вопроса это не принципиально.)

Печальная истина состоит в том, что наглядного и понятного объяснения этому явлению до сих пор не существует. Все попытки дать такое так или иначе были отброшены - некоторые не подтвердились (как теория скрытых параметров), некоторые требуют совершенно неоправданных усложнений и введений новых необъяснимых сущностей (как терия ведущей волны), и всё равно не объясняют всё до конца. Лично мне наиболее симпатичны идеи Эверетта, но я понимаю, что до наглядности и им ещё очень и очень далеко.

Вот так дело обстоит с точки зрения нынешних воззрений. Это если без сюсюканья.

...................................................................................................................




"Всё печально."

[параховой]

"импульс когерентного электромагнитгого излучения" – имеется ввиду илучение импульсного лазера небольшой мощности, чтобы не было проявления нелинейных эффектов или импульс радара. Точнее определить не могу, если-бы мог возможно и сам смог разобраться и не задавать вопросов.
Принцип неопределенности мне знаком в различных формулировках, всех что встречались и не упомню.
Насчет скотости света:
Р.Фейнман – «КЭД – странная теория света и вещества» c.81. http://lib.mexmat.ru/catalogue.php?dir= ... 2#03_12_02

[LynxGAV]

Вы прочитайте статью, которую я уже приводила. ("Когерентное состояние" из Википедии.) Там есть интересные моменты (много интересных моментов! и о лазерах). Там же может быть ссылка на конкретные научные работы.

[parahovoi]

P.S. Не заметил, что появилась вторая страница.
Практически все моменты кототые Вы осветили выше мне известны в некотором смысле понятены. И теперь, после того, как Вы перелопатили море литературы я попробую еще раз сформулировать вопрос: с какой скоростью то что называют фотоном перемещается из источника в приемник, если на его пути интерференционная схема? Для того, чтобы определить эту скорость не нужно “ловить” фотон по пути, тем самым разрушая условия для его интерференции. Я не хочу знать через какую щель пролетел фотон, я хочу знать сколько времени у фотона (или коллектива фотонов с одинаковой частотой, фазой и поляризацией) занимает путь от источника до детектора.
Как пишет Р.Фенман в той же книге, для того, чтобы нарушить закон геометрической оптики, о том, что угол падения равен углу отражения, необходимо только определенным образом процарапать зеркало (дифракционная решетка). Дифракционная решетка это чередование отражающих и неотражающих множеств точек в трехмерном пространстве. А что получится если “процарапать” зеркало в четырехмерном пространстве?
Очень благодарен Вам за ссылки. Теперь потребуется некоторое время, чтобы ознакомиться с ними.

[LynxGAV]

Осветила не только я. И если всё известно, то в чём загвоздка. По-моему, Вы недооцениваете глубину предмета. Что значит перелопатила? За два дня по определению нельзя серьезно перелопатить - можно войти в курс дела, ознакомиться с тем, что сейчас делают и прибавить это к тому, что было известно и что "проходили". Так вот я Вам скажу, что с начала 90-х годов ряд физиков проводит принципиально новые эксперименты с теоретической подоплекой. Но чтобы понять их научные работы, нужно хорошо понимать определенные разделы современной математики.

Один фотон движется со скоростью света, которую обозначают буквой с и численное значение которой определено экспериментами и Вам известно.

Цитата:

Как пишет Р.Фенман в той же книге, для того, чтобы нарушить закон геометрической оптики, о том, что угол падения равен углу отражения, необходимо только определенным образом процарапать зеркало (дифракционная решетка). Дифракционная решетка - это чередование отражающих и неотражающих множеств точек в трехмерном пространстве. А что получится если “процарапать” зеркало в четырехмерном пространстве?

В четырехмерном пространстве? Круто. Вы хотите распространить дифракционную решетку на пространство-время (то что обычно называют четытехмерным пространством)?...И с какой метрикой?...

[LynxGAV]

Не сочтите за издевательство, но чтобы хорошо разобраться в подобных явлениях рекомендую также:

1. Quantum Concepts in Space and Time
Edited by R.Penrose and C.J.Isham
Oxford Science Publications
(cтатьи, но относительно доступно написаны)

2.Quantum Structure of Space and Time
Edited by Duff and Isham
Cambridge University Press

[LynxGAV]

Еще не читала, но по теме. Ссылка на статью, кстати, ведет из lib.mexmat.ru.

[Sanyok]

Вот еще одна статейка... Не знаю, мож, не в тему...

http://www.inventors.ru/index.asp?mode=1831

Цитата:

Новые эксперименты и сопровождающий их теоретический анализ внесли свежую струю ясности в туманные идеи Бора о корпускулярно-волновом дуализме. Они продолжили то, на чем остановился двухщелевой опыт Юнга, добавив еще один квантовомеханический фокус в виде устройства, названного квантовым ластиком.

Придуманная хитрость заключается в том, чтобы пометить каждый квантон в тот момент, когда он проходит через щель, при помощи некоего квантовомеханического маркера. Если бы сделанная метка была фактически наблюдаема, она дала бы возможность обнаружить, через какую щель прошел квантон. Но такую метку придумать нельзя. Зато в качестве маркирующего механизма можно изменять внутренний магнетизм электрона так, чтобы электрон во внешнем электрическом или магнитном поле отклонялся вверх, проходя через левую щель, и вниз - проходя правую. Таким образом, каждый электрон мог бы нести информацию о своем пути, так сказать, на себе самом. Но если мы не наблюдаем за отклонением, то не имеем возможности узнать, каким путем электрон достиг пластинки.

В отличие от методов измерения положения, которые рассматривались Бором и Фейнманом и в которых сама процедура измерения разрушает картину, такой маркировоч ный процесс представляет собой очень деликатную операцию. Она не более чем прелюдия к измерению и сама по себе не имеет отношения к принципу неопределенности. Тем не менее теория предсказывает, а эксперимент подтверждает, что при использова нии маркировочной системы интерференционная картина не появляется. Стирает ее не знание, через какую щель прошел квантон, а лишь принципиальная возможность узнать это.

[параховой]

Очень даже в тему. И все же в статье описаны эксперименты дающие ответ через какую щель прошел квантон (вернее весь спектр – от «прошел через обе одновременно» до «прошел через одну щель»). Меня же интересует скорость с которой фотон ( т.к. считается, что фотон имеет строго определенную скотость в вакууме) перемещается в варианте «прошел через обе одновременно». Для этого необходимо определить время с момента рождения фотона до момента его поглощения абсолютно не интересуясь через какую щель фотон прошел. В данном случае принцип неопределенности не является препятствием для определения этого времени.

[Sanyok]

Я тут немножко почитал про квантовую механику и дифракцию электронов и "забурлил мой разум возмущенный"! Хоть "официальная" квантовая механика все отлично объясняет, но складывается впечатление, что признавая ее единственно верной, мы тем самым ставим себя в тупик, и налагаем запрет на дальнейшее познание микромира. Я наткнулся на упоминание об "альтернативном" варианте квантовой механики, который обходится без принципа неопределенности - о теории Дэвида Бома:

http://nauka.relis.ru/05/9808/05808008.htm

Цитата:

Во-первых, оказалось, что процессами, происходящими в природе, управляет чистый случай. Во-вторых, далеко не всегда существует принципиальная возможность указать точное положение материального объекта в пространстве. И, в-третьих, что, пожалуй, наиболее странно, поведение таких физических объектов, как "измерительный прибор", или "наблюдатель", не описывается фундаментальными законами, справедливыми для прочих физических систем.

Впервые к таким выводам пришли сами основоположники квантовой теории - Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули. Позднее данная точка зрения, получившая название Копенгагенской интерпретации квантовой механики, была принята в теоретической физике в качестве официальной, что и нашло свое отражение во всех стандартных учебниках.

Вполне возможно, однако, что подобные заключения были сделаны слишком поспешно. В 1952 году американский физик-теоретик Дэвид Д. Бом создал глубоко проработанную квантовую теорию, отличную от общепринятой, которая так же хорошо объясняет все известные ныне особенности поведения субатомных частиц. Она представляет собой единый набор физических законов, позволяющий избежать какой-либо случайности в описании поведения физических объектов, а также неопределенности их положения в пространстве. Несмотря на это, бомовская теория до самого последнего времени почти полностью игнорировалась.

Кто-нибудь встречал описание этой теории?

[Sanyok]

Уряя!!! Квантовая теория Дэвида Бома, похоже есть в библиотеке!

http://lib.mexmat.ru/books/5536

[LynxGAV]

Sanyok!
A Вы смотрели эти ссылки?...

Цитата:

Это (для раскачки и поднятия настроения), а потом вот это (какой бы простенькой эта статья не казалась, прочитайте все же до конца, там есть о "квантовом ластике").

И чем Бом так крут?

[Sanyok]

LynxGAV писал(а):

Sanyok!
A Вы смотрели эти ссылки?...

Цитата:

Это (для раскачки и поднятия настроения), а потом вот это (какой бы простенькой эта статья не казалась, прочитайте все же до конца, там есть о "квантовом ластике").

И чем Бом так крут?

Первую ссылку я сразу посмотрел, а со второй интересная история получилась. Я первый день пытался на нее зайти с работы (неоднократно) - ни разу не вышло. Тогда я хотя бы про "квантовый ластик" захотел найти, и наткнулся на статью "Кентавры микромира". И дал на нее ссылку. Только сегодня днем случайно обнаружил, что дал ссылку на ту же статью, что и Вы, просто в другом месте. (Поскольку у меня дома твоя ссылка (та, что ведет на сервак "Науки и жизни") почему-то открылась.. (а с на работы-ни фига не открывалась) )

Я не знаю, кто круче, просто мне интересно, почему эта теория не получила распространения, если она тоже все хорошо описывает. Хочется знать все точки зрения, только и всего.