Ответ на пост «Частица или волна»2
Как я вижу многие почему-то думают, что результат двухщелевого эксперимента меняется, потому что мы воздействуем детектором на фотоны/электроны и тем самым меняем их поведение. Все намного хуже или интереснее, в зависимости от отношения.
Возможно сюда придут специалисты по квантовой механике и поправят меня или вообще предадут анафеме, но объясняю как умею.
Начнем сначала.
Двухщелевой эксперимент:
1. Берем регистрирующий экран который может накапливать результаты попаданий фотонов.
2. Ставим перед ним другой экран с двумя близкорасположенными щелями.
3. Светим лазером на эти щели и свет пройдя через них образует на экране "зебру" из светлых и тёмных полос -- интерференционную картину.
Классическая волновая теория объясняет это просто -- каждая щель служит источником волны (ну или волна пройдя через 2 щели разделяется на две) и эти волны накладываются друг на друга. Там где на фиксирующем экране совпали максимумы волн появляются светлые полосы, там где минимумы -- темные. Согласно квантовой теории свет состоит из отдельных квантов -- фотонов и они обладают не только волновыми, но и корпускулярными свойствами, т.е. ведут себя как частицы. И объяснение результата эксперимента потребовало разработки математического описания поведения фотонов.
Теперь перейдем к модификации эксперимента и пояснению от квантовой механики.
1. Запускать фотоны стали строго по одному, т.е. с момента вылета и до момента прилета в фиксирующий экран фотон существует у нас в одиночестве.
2. Один фотон оставляет на экране одну точку, но при накоплении результатов, когда один за другим прилетает множество фотонов, на экране образуется классическая "зебра" интерференционной картины из множества светлых и темных полос.
3. Получается, что один фотон (других в этот момент нет) прошел сразу через две щели и проинтерферировал сам с собой. Но фотон слишком мал чтобы пройти сразу через две щели, а расстояние между ними на порядки больше размера фотона. И тогда Фейнман (?) описал это так, что фотон движется не по одной траектории, а имеет множество разных траекторий с разной вероятностью и там куда траектории приводят с высокой вероятностью на экране светлые полосы, а там куда попасть вероятность близкая к нулю темные полосы. Как он сам говорил это только математическое описание.
4. У нас есть возможность экспериментально выяснить проходит фотон через одну щель или через обе. Все-таки эксперимент приоритетнее чем рассуждения. И это было проделано -- после экрана со щелями были поставлены детекторы один возле левой, другой возле правой. И эксперимент однозначно показал, что один фотон проходит через одну щель, потому что после излучения одиночного фотона срабатывал только один детектор либо правый либо левый. Но интерференционная картина при этом исчезала -- вместо "зебры" было только две ярких полосы по одной на против каждой щели. В квантовомеханическом описании когда мы узнаем положение фотона (неважно как узнаем) волновая функция схлопывается и фотон начинает вести себя как классическая частица и движется по одной конкретной траектории, а не по множеству траекторий с разной вероятностью.
И тут самое главное. Многие объясняют это тем, что мы воздействовали детектором на фотоны и этим изменили их поведение. Но это не совсем так, а точнее совсем не так. Если снова перейти к начальному варианту эксперимента когда лазер излучает непрерывным потоком фотоны триллионами, то никакие детекторы ничего не изменят, никакое воздействие детекторов на фотоны на результат не влияет -- интерференционная картина сохраняется. И позже напишу почему.
А теперь опять модифицируем эксперимент.
1. Для того чтобы определить через какую щель прошел фотон нам достаточно всего одного детектора потому, например, правый убираем. Если после излучения фотона детектор сработал то фотон прошел через левую щель, а если не сработал значит через правую. Т.е. прохождение фотона через правую щель мы определяем методом исключения.
2. Т.к. после правой щели у нас ничего нет, то и на фотоны там ничего не воздействует и тогда поведение правых фотонов не должно меняться и на против правой щели мы должны увидеть "зебру" из светлых и темных полос. Но ничего подобного, напротив правой щели мы увидим одну яркую полосу, точно такую же как и напротив левой.
3. Так что же случилось? Мы же никак не воздействовали на фотоны прошедшие через правую щель, но они изменили свое поведение. А случилось схлопывание волновой функции (т.е. математической формулы). Формуле все равно каким образом вы узнали/зарегистрировали местоположение фотона -- воздействовали детектором как для левых фотонов или просто вычислили методом исключения как для правых. Мы узнали местоположение фотона и именно это изменило его поведение, даже если мы ни чем и никак на него не воздействовали.
Вот к такому неожиданному выводу приводит эксперимент -- детектор воздействует на математическую формулу, волновая функция схлопывается и фотон меняет свое поведение даже если мы никак с ним не взаимодействовали. И опять вернемся к самой первой версии эксперимента когда лазер излучает поток фотонов триллионами и почему детекторы никак не влияют на результат эксперимента и "зебра" сохраняется -- дело в том, что мы не знаем через какую щель прошел каждый конкретный фотон. У нас есть просто статистика, что половина фотонов прошла через левую щель, а половина через правую, но местоположение каждого фотона не определено, а потому волновая функция не схлопывается и фотон ведет себя как волна. И никакие детекторы своим вмешательством ничего не меняют.
Знание о том где находится фотон, даже если вы это просто вычислили никак на фотон не воздействуя меняет результат эксперимента. Именно отсюда почти столетний хайп об "эффекте наблюдателя". Потому что если бы все было лишь в прямом воздействии приборов на частицу, то в этом ничего удивительного бы не было, а было бы все строго логично и ожидаемо.
