Kei te ngakau o nga miihini quantum

Ko Richard Feynman, tetahi o nga tino tohunga ahupūngao o te rautau XNUMX, i tohe ko te mea matua ki te mohio ki nga miihini quantum ko te "whakamatautau whakawharuarua". Ko tenei whakamatautau ariā ngawari, e whakahaerehia ana i tenei ra, ka puta tonu nga kitenga whakamiharo. E whakaatu ana ratou he pehea te hototahi ki te whakaaro noa ko te miihini quantum, i te mutunga ka puta nga mea tino nui o nga tau e rima tekau kua hipa.

Mo te wa tuatahi i whakahaerehia e ia he whakamatautau rua-waahi. Thomas Young (1) i Ingarangi i te timatanga o te rau tau tekau ma iwa.

Te whakamatautau a Young

I whakamahia te whakamatautau ki te whakaatu he ahua ngaru te marama, ehara i te ahua o te tinana, pera i nga korero o mua. Ihaka Newton. I whakaatu noa a Young i te ngohengohe o te marama wawaotanga - he ahuatanga ko te tino ahuatanga (ahakoa te ahua o te ngaru me te reo e horahia ana). I tenei ra, ka whakatairitehia e nga miihini quantum enei whakaaro e rua e taupatupatu ana.

Kia maumahara tatou ki te ngako o te whakamatautau wea-rua. Ko te tikanga, ko te ngaru kei runga i te mata o te wai ka horapa huri noa ki te waahi i makahia ai te pebble. 

Ka hangaia he ngaru e nga kaokao me nga awaawa ka huri mai i te waahi o te whakararuraru, me te pupuri tonu i te tawhiti i waenga i nga tihi, e kiia nei ko te roangaru. Ka taea te whakanoho he arai ki te ara o te ngaru, hei tauira, he papa te ahua o te papa e rua nga mokowhiti whaiti ka tapahia e rere noa ai te wai. Ka makahia he kirikiri ki roto i te wai, ka mutu te ngaru i runga i te wehenga - engari kaore i tino. E rua nga ngaru concentric hou (2) ka toha ki tera taha o te wehenga mai i nga mokowhiti e rua. Kei runga i a raatau ano, i ta maatau e kii nei, ka pokanoa tetahi ki tetahi, ka hangaia he tauira ahuatanga ki te mata. Ki nga waahi e tutaki ai te kaokao o tetahi ngaru ki te tihi o tetahi, ka kaha ake te pupuhi o te wai, a, ka tutaki te kowhao ki te riu, ka hohonu ake te pouri.

2. Te wawaotanga o nga ngaru ka puta mai i nga waahi e rua.

I roto i te whakamatautau a Young, ko te marama-tae kotahi ka puta mai i te puna tohu ka haere ki roto i te diaphragm puatakore me nga waahi e rua ka pa ki te mata i muri i a raatau (i tenei ra ka pai ake te whakamahi i te rama laser me te CCD). Ko te ahua pokanoa o te ngaru marama ka kitea i runga i te mata i te ahua o te raupapa o nga whiu marama me nga whiu pouri (3). Na tenei hua i whakakaha ake i te whakapono he ngaru te marama, i mua i nga kitenga i te timatanga o te rau tau XNUMX ka kitea he ngaru ano te marama. rerenga whakaahua he matūriki marama kaore he papatipu okiokinga. I muri mai ka puta ko te mea ngaro takirua ngaru-matūrikii kitea tuatahi mo te marama ka pa ano ki etahi atu matūriki kua whai papatipu. Kaore i roa ka noho hei turanga mo te whakaahuatanga miihini quantum hou mo te ao.

3. Te tirohanga o te whakamatautau a Young

Ka pokanoa ano nga matūriki

I te tau 1961, ka whakaatu a Klaus Jonsson mai i te Whare Wananga o Tübingen i te pokanoa o nga matūriki nui - irahiko ma te whakamahi i te karu hiko. Tekau tau i muri mai, e toru nga tohunga ahupūngao Itari mai i te Whare Wananga o Bologna i mahi i tetahi whakamatautau rite pokanoa irahiko kotahi (ma te whakamahi i te mea e kiia nei ko te biprism hei utu mo te wehenga rua). I whakaitihia e ratou te kaha o te kurupae irahiko ki te uara iti ka haere nga irahiko i roto i te biprism tetahi i muri i tetahi, tetahi i muri i tetahi. Ko enei irahiko i rehitatia ki runga i te mata rewharewha.

I te timatanga, i tohatoha matapōkeretia nga ara irahiko ki runga i te mata, engari i te roanga o te wa ka hanga he ahua pokanoa motuhake o nga taniko pokanoa. Te ahua nei e kore e taea e nga irahiko e rua e haere ana i roto i nga kapiti i nga wa rereke ka raru tetahi ki tetahi. No reira, me mihi tatou ki tena ka pokanoa tetahi irahiko ki a ia ano! Engari me haere te irahiko i roto i nga wahanga e rua i te wa kotahi.

He mea whakamatautau ki te titiro ki te kohao i puta ai te irahiko. I muri mai ka kite tatou me pehea te mahi i taua tirohanga me te kore e whakararuraru i te nekehanga o te irahiko. Te ahua nei ki te whiwhi korero mo nga mea kua riro i te irahiko, katahi ka ngaro te pokanoa ...! Ko nga korero "pehea" ka whakangaro i te pokanoa. Ko te tikanga ko te noho mai o te kaitirotiro mohio ka awe i te huarahi o te mahi tinana?

I mua i te korero mo nga hua tino miharo o nga whakamatautau-waarua-rua, ka mahia e au he korero iti mo te rahi o nga mea pokanoa. I kitea te pokanoa rahi o nga mea papatipu i te tuatahi mo nga irahiko, katahi mo nga matūriki e piki haere ana te papatipu: neutrons, protons, atoms, ka mutu mo nga ngota matū nui.

I te tau 2011, i pakaru te rekoata mo te rahi o tetahi mea, i whakaatuhia ai te ahuatanga o te wawaotanga rahinga. I whakahaerehia te whakamatautau i te Whare Wananga o Vienna e tetahi tauira tohu tohu o tera wa. Sandra Eibenberger me ona hoa. I whiriwhiria he ngota rauropi matatini kei roto i te 5 protons, 5 mano neutrons me te 5 mano irahiko mo te whakamatautau me nga wehenga e rua! I roto i tetahi whakamatautau tino uaua, i kitea te pokanoa o tenei ngota nui.

Na tenei i whakapumau te whakapono Ko nga ture o te miihini quantum e whakarongo ana ehara i te mea ko nga matūriki tuatahi anake, engari ko nga mea katoa. Ko te mea he uaua ake te ahanoa, ka nui ake te pahekoheko ki te taiao, e takahi ana i ona ahuatanga quantum ngawari me te whakangaro i nga paanga pokanoa..

Te urunga nui me te polarization o te marama

Ko nga hua tino miharo o nga whakamatautau-rua-rua i puta mai i te whakamahi i tetahi tikanga motuhake mo te whai i te whakaahua, kaore i whakararu i tana nekehanga i tetahi huarahi. Ka whakamahia e tenei tikanga tetahi o nga ahuatanga tino rerekee, ko te mea e kiia nei urunga nui. I kitea tenei ahuatanga i nga tau 30 e tetahi o nga kaihanga matua o nga miihini quantum, Erwin Schrödinger.

Ko te Einstein feaa (tirohia hoki 🙂) i kiia he mahi wairua i tawhiti. Heoi, i te haurua noa o te rau tau i muri mai ka kitea te hiranga o tenei paanga, a, i tenei ra kua waiho hei kaupapa mo nga tohunga ahupūngao.

He aha tenei paanga? Mena e rua nga matūriki e tata ana ki a raua i tetahi wa ka kaha te taunekeneke ki a raua ka hanga he momo "whanaungatanga mahanga", ka mau tonu te hononga ahakoa he rau kiromita te tawhiti o nga matūriki. Katahi ka noho nga matūriki hei punaha kotahi. Ko te tikanga ka mahia e tatou tetahi mahi ki runga i tetahi matūriki, ka pa ki tetahi atu matūriki. Heoi, ma tenei ara e kore e taea e taatau te tuku korero mo te wa roa.

Ko te photon he matūriki kore papatipu - he wahanga tuatahi o te marama, he ngaru hiko. I muri i te paahitanga o te pereti o te karaihe e rite ana (e kiia ana ko te polarizer), ka noho polarized te marama, ara. ko te vector o te papa hiko o te ngaru hiko i roto i tetahi rererangi. Ka huri, ma te whakawhiti i te rama polarized raina i roto i te pereti o tetahi matotoru mai i tetahi atu karaihe (te mea e kiia nei ko te pereti hauwhā-ngaru), ka taea te huri hei marama polarized porohita, e neke ai te vector mara hiko i roto i te helical ( karakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakakaraka ranei) te neke haere i te ahunga o te toronga ngaru. Na reira, ka taea e tetahi te korero mo nga whakaahua polarized raina, porohita ranei.

Nga whakamatautau me nga whakaahua kua marara

4a. Ko te karaihe BBO kore-rarangi ka huri i te whakaahua i tukuna e te taiaho argon ki nga whakaahua e rua kua maataki me te haurua o te kaha me te polarization tika. Ka marara enei whakaahua ki nga huarahi rereke, ka tuhia e nga kaitirotiro D1 me te D2, ka honoa e te kaitatau coincidence LK. Ka whakatakotoria he diaphragm me nga wahanga e rua ki te ara o tetahi o nga whakaahua. Ka rehita nga kaitirotiro e rua i te taenga mai o nga whakaahua e rua, ka penapena te tohu ki roto i te maharatanga o te taputapu, ka whakarara te kaitahuri D2 ki nga wahanga. Ko te maha o nga whakaahua kei runga i te tuunga o te kaitirotiro D2, ka tuhia, ka whakaatuhia ki te pouaka, e whakaatu ana i te maxima me te iti, e tohu ana i te pokanoa.

I te tau 2001, he roopu o nga tohunga ahupūngao Brazilia i Belo Horizonte i mahi i raro i te arahi o Ko Stephen Walborn whakamātautau rerekē. I whakamahia e ona kaituhi nga ahuatanga o te karaihe motuhake (whakapotohia ko BBO), ka huri i tetahi waahanga o nga whakaahua ka tukuna e te laser argon ki nga whakaahua e rua me te haurua o te kaha. Ko enei whakaahua e rua kua mau ki tetahi ki tetahi; ka whai tetahi o ratou, hei tauira, polarization whakapae, te tahi atu he polarization poutū. Ka neke enei whakaahua ki nga huarahi rereke e rua, ka rereke nga mahi i roto i te whakamatautau kua whakaahuahia.

Ko tetahi o nga whakaahua ka whakaingoatia e matou te whakahaere, ka haere tika ki te kaitao whakaahua D1 (4a). Ka rehitatia e te kaitutei tona taenga mai ma te tuku tohu hiko ki tetahi taputapu e kiia nei ko te kaitoi patu. LK Ka mahia he whakamatautau pokanoa ki te whakaahua tuarua; ka karanga tatou ki a ia whakaahua tohu. He wehenga rua kei tona ara, ka whai i te kaitahuri whakaahua tuarua, D2, he paku tawhiti atu i te puna whakaahua atu i te kaitirotiro D1. Ka taea e tenei kaitirotiro te peke i runga i te hononga ki te mokamoka rua i ia wa ka whiwhi tohu tika mai i te porotiti patu. Ka rehitatia e te kaitirotiro D1 he whakaahua, ka tukuna he tohu ki te porotiti tupono. Mena i te wa poto ka rehita ano te kaitirotiro D2 i tetahi whakaahua ka tukuna he tohu ki te mita, katahi ka mohio mai i ahu mai i nga whakaahua kua mau, a ka rongoa tenei meka ki te mahara o te taputapu. Ka whakakorehia e tenei tikanga te rehitatanga o nga whakaahua matapōkere e uru ana ki te kaitirotiro.

E 400 hēkona e mau tonu ana nga whakaahua kua marara. Whai muri i tenei wa, ka nukuhia te kaitirotiro D2 ma te 1 mm e pa ana ki te tuunga o nga mahanga, ka 400 hēkona te tatau o nga whakaahua kua mau. Katahi ka nekehia ano te kaitirotiro ma te 1 mm, ka tukuna ano te mahi i nga wa maha. Te ahua nei ko te tohatoha o te maha o nga whakaahua i tuhia penei i runga i te tuunga o te kaitirotiro D2 he tino teitei me te iti e rite ana ki te marama me te pouri me nga taniko pokanoa i te whakamatautau a Young (4a).

Ka kitea ano e tatou tera Ko nga whakaahua kotahi e haere ana i roto i te wahanga rua ka pokanoa tetahi ki tetahi.

Pehea?

Ko te mahi i muri mai o te whakamatautau ko te whakatau i te kohao i puta ai tetahi whakaahua me te kore e whakararu i tana neke. Nga taonga e whakamahia ana i konei pereti ngaru hauwha. I whakatakotoria he pereti hauwha-ngaru ki mua o ia wehenga, ko tetahi i huri i te polarization raina o te photon maiki ki te porohita karaka, me tetahi ki te polarization porohita maui (4b). I manatokohia ko te ahua o te polarization whakaahua kaore i pa ki te maha o nga whakaahua kua tatauhia. Na, ma te whakatau i te hurihanga o te polarization o te photon i muri i te paahitanga i roto i nga wahanga, ka taea te tohu ko wai o ratou i paahi te photon. Ma te mohio "kei hea te huarahi" ka whakangaro i te pokanoa.

4b. Ma te whakanoho i nga papa ngaru hauwha (nga tapawha kauruku) ki mua i nga wahanga, "ko te huarahi" ka taea te tiki korero ka ngaro te ahua pokanoa.

4c. Ko te whakatakoto i tetahi polarizer P e tika ana ki mua o te kaitirotiro D1 ka mukua nga korero "kei hea" ka whakahoki ano i te pokanoa.

Ina hoki, i muri i te whakanohonga tika o nga papa ngaru hauwha ki mua i nga wahanga, ka ngaro te tohatoha o nga kaute i kitea i mua, e tohu ana mo te pokanoa. Ko te mea tino rerekee ko tenei ka puta me te kore e uru mai tetahi kaitirotiro mohio ka taea e ia nga inenga tika! Ko te tuunga noa o nga pereti hauwha-ngaru ka puta he hua whakakore pokanoa.. Na me pehea e mohio ai te photon i muri i te whakauru i nga papa, ka taea e tatou te whakatau i te waahi i puta ai?

Heoi ano, ehara tenei i te mutunga o te ahua ke. Inaianei ka taea e taatau te whakahoki mai i te wawaotanga photon tohu me te kore e pa tika. Ki te mahi i tenei, i te ara o te photon mana e tae atu ana ki te kaitirotiro D1, tuu he polarizer kia taea ai te tuku marama me te polarization he huinga o nga polarizations o nga whakaahua e rua kua marara (4c). Ka huri tonu tenei i te polarity o te tohu whakaahua. Inaianei kua kore e taea te whakatau he aha te polarization o te maiki photon i runga i nga wahanga, a na roto i te waahi i puta ai te photon. I tenei keehi, ka whakahokia te pokanoa!

Mukua nga korero whiriwhiri kua roa

Ko nga whakamatautau i whakaahuahia i runga ake nei i mahia i roto i te huarahi i rehitatia ai te photon mana e te kaitirotiro D1 i mua i te taenga atu o te whakaahua tohu ki te tohu D2. Ko te whakakore i nga korero "he huarahi" i mahia ma te huri i te polarization o te whakaahua mana i mua i te taenga atu o te whakaahua tohu ki te kaitirotiro D2. Na ka taea e tetahi te whakaaro kua korero te photon whakahaere ki tana "mahanga" he aha te mahi i muri mai: ki te wawao, kaore ranei.

Inaianei ka whakarereketia e matou te whakamatautau kia pa atu te whakaahua mana ki te kaitirotiro D1 i muri i te rehitatanga o te whakaahua tohu ki te kaitirotiro D2. Ki te mahi i tenei, nekehia te kaitirotiro D1 mai i te puna whakaahua. He rite tonu te ahua o te tauira pokanoa ki o mua. Inaianei me tuu nga papa ngaru hauwha ki mua i nga wahanga kia mohio ai ko tehea ara i haere ai te whakaahua. Ka ngaro te tauira pokanoa. Muri iho, me whakakorehia nga korero "kei hea" ma te whakanoho i tetahi polarizer e tika ana ki mua o te kaitirotiro D1. Ka puta ano te tauira pokanoa! Heoi i mahia te whakakorenga i muri i te rehitatanga o te whakaahua tohu e te kaitirotiro D2. Me pehea e taea ai tenei? Me mohio te photon ki te huringa polarity i mua i te taenga atu o nga korero e pa ana ki a ia.

5. Nga whakamatautau me te kurupae laser.

Ka huri te raupapa o nga kaupapa i konei; ko te hua kei mua i te take! Ko tenei hua ka takahi i te kaupapa o te take i roto i te mooni huri noa i a tatou. Kare pea he mea nui te wa ina tae mai ki nga matūriki kua marara? Ka takahia te maapono o te waahi i roto i te ahupūngao puāwaitanga, e ai ki te mea ka taea e te taiao tonu te pa ki tetahi mea.

Mai i te whakamatautau a Brazil, he maha nga whakamatautau rite i mahia, e tino whakapumau ana i nga hua ka whakaatuhia ki konei. Hei te mutunga, e hiahia ana te kaipanui ki te whakamarama i te mea ngaro o enei ahuatanga ohorere. Kia aroha mai, kaore e taea tenei. He rereke te arorau o te miihini quantum i te arorau o te ao e kitea ana e tatou ia ra. Me whakaae marie tatou ki tenei me te koa i te mea ko nga ture o te miihini quantum e whakaatu tika ana i nga ahuatanga e puta ana i roto i te microcosm, e whakamahia paitia ana i roto i nga taputapu hangarau tino matatau.