Experimento da dobre fenda

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á procura
Os fotóns ou partículas de materia (como un electrón) producen un patrón de onda cando se usan dúas fendeduras.

En física moderna, o experimento da dobre fenda é unha demostración de que a luz e a materia poden mostrar características de ondas e partículas definidas clasicamente; ademais, mostra a natureza fundamentalmente probabilista dos fenómenos mecánica cuántica. O experimento foi realizado por primeira vez con luz por Thomas Young en 1801. En 1927, o Davisson e Germer demostrou que os electróns mostran o mesmo comportamento, que logo se estendeu a átomos e moléculas.[1][2]

O experimento de Thomas Young coa luz foi parte da física clásica moito antes incluso da mecánica cuántica e o concepto de dualidade onda-partícula. Él cría demostrado que a teoría da onda da luz era correcta, e o seu experimento ás veces coñécese como experimento de Young[3] ou fendas de Young.

O experimento pertence a unha clase xeral de experimentos de "ruta dobre", na que unha onda divídese en dúas ondas separadas que logo se combinan nunha soa onda. Os cambios na lonxitude da traxectoria de ambas as ondas dan como resultado un cambio de fase, creando un patrón de interferencia. Outra versión é o interferómetro Mach- Zehnder, que divide o feixe cun espello.

Na versión básica deste experimento, unha fonte de luz coherente , como un feixe láser, ilumina unha placa perforada por dúas fendas paralelas, e a luz que pasa a través das fendas obsérvase nunha pantalla detrás da placa.[4][5] A natureza de onda da luz fai que as ondas de luz pasen a través das dúas fendas a interferir, producindo bandas brillantes e escuras na pantalla, un resultado que non se esperaría se a luz consistise en partículas clásicas.[4][6] Con todo, sempre se atopa que a luz se absorbe na pantalla en puntos discretos, como partículas individuais (non ondas), o patrón de interferencia que aparece a través da densidade variable destas partículas golpea na pantalla.[7] Ademais, versións do experimento que inclúen detectores no as hendiduras atopan que cada fotón detectado pasa a través dunha hendidura (como o faría unha partícula clásica), e non a través de ambas as hendiduras (como o faría unha onda).[8][9][10][11][12] Con todo, de que maneira demostra que as partículas non forman o patrón de interferencia se un detecta a que fenda atravesan. Estes resultados demostran o principio de dualidade onda-partícula.[13][14]

Outras entidades de escala atómica, como electróns, mostran o mesmo comportamento cando se disparan cara a unha dobre fenda.[5] Ademais, obsérvase que a detección de impactos individuais discretos é inherentemente probabilístico, que é inexplicable usando mecánica clásica.[5]

O experimento pódese realizar con entidades moito máis grandes que os electróns e fotóns, aínda que se volve máis difícil a medida que aumenta o tamaño. As entidades máis grandes para as cales se realizou o experimento da dobre fenda foron molécula que cada unha comprendía 810 átomos (cuxa masa total era superior a 10,000 unidades de masa atómica).[1][2]

O experimento da dobre fenda (e as súas variacións) converteuse nun [experimento mental] clásico, pola súa claridade na expresión dos crebacabezas centrais da mecánica cuántica. Debido a que demostra a limitación fundamental da capacidade do observador para predicir resultados experimentais, Richard Feynman chamouno "un fenómeno que [...] é imposible [...] explicar de calquera modo clásico, e que ten nel o corazón da mecánica cuántica. En realidade, contén o único misterio [da mecánica cuántica]. "[5]

Descrición xeral[editar | editar a fonte]

Mesma ensamblaxe de dobre rañura (0.7 mm entre rañuras); Na imaxe superior, unha rañura está pechada. Na imaxe dunha soa fenda, fórmase un patrón de difracción (os puntos débiles a cada lado da banda principal) debido ao ancho distinto de cero da fenda. Tamén se observa un patrón de difracción na imaxe de dobre fenda, pero ao dobre da intensidade e coa adición de moitas franxas de interferencia máis pequenas.

Se a luz consistise estritamente de partículas ordinarias ou clásica, e estas partículas disparáronse en liña recta a través dunha fenda e permitiuse que golpease unha pantalla no outro lado, esperariamos ver un patrón correspondente ao Tamaño e forma da fendedura. Con todo, cando este "experimento dunha soa fenda" realízase realmente, o patrón na pantalla é un patrón de difracción no que a luz se estende. Canto máis pequena sexa a fenda, maior será o ángulo de dispersión. A parte superior da imaxe mostra a parte central do patrón formado cando un láser vermello ilumina unha fenda e, se se mira con coidado, dúas bandas laterais débiles. Pódense ver máis bandas cun aparello máis altamente refinado. Difracción explica que o patrón é o resultado da interferencia de ondas de luz desde a fenda.

Simulación dunha función de onda de partículas: experimento da dobre fenda. O borrón branco representa a partícula. Canto máis branco sexa o píxel, maior será a probabilidade de atopar unha partícula nese lugar se se mide.

Se un ilumina duas fendas paralelas, a luz das dúas fendas novamente interfere. Aquí a interferencia é un patrón máis pronunciado cunha serie de bandas claras e escuras alternas. O ancho das bandas é unha propiedade da frecuencia da luz que se ilumina.[15] (Vexa a fotografía de abaixo á dereita.) Cando Thomas Young (1773–1829) demostrou por primeira vez este fenómeno, indicou que a luz consiste en ondas, como a distribución de brillo pódese explicar pola interferencia alternativamente aditiva e sustrativa de fronte de ondas.[5] O experimento de Young, realizado a principios de 1800, xogou un papel vital na aceptación da teoría da onda de luz, vencendo a teoría corpuscular da luz proposta por Isaac Newton, que fora o modelo aceptado de propagación da luz nos séculos XVII e XVIII. Con todo, o descubrimento posterior do efecto fotoeléctrico demostrou que baixo diferentes circunstancias, a luz pode comportarse coma se estivese composta de partículas discretas. Estes descubrimentos aparentemente contraditorios fixeron que fose necesario ir máis aló da física clásica e ter en conta a cuántica natureza da luz.

A Feynman gustáballe dicir que se pode deducir toda a mecánica cuántica reflexionando coidadosamente sobre as implicacións deste experimento único.[16] He also proposed (as a thought experiment) that if detectors were placed before each slit, the interference pattern would disappear.[17]

A relación de dualidade Englert-Greenberger proporciona un tratamento detallado das matemáticas da interferencia da dobre fenda no contexto da mecánica cuántica.

G. I. Taylor realizou por primeira vez o experimento da dobre fenda de baixa intensidade en 1909,[18] ao reducir o nivel de luz incidente ata que a maioría dos eventos de emisión / absorción de fotóns non se superpoñen. Un experimento da dobre fenda non se realizou con máis nada que luz ata 1961, cando Claus Jönsson da Universidade de Tübingen realizouno con feixes de electróns.[19][20] En 1974, os físicos italianos Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli e Giulio Pozzi repetiron o experimento con electróns individuais e biprisma (en lugar de fendedura). s), mostrando que cada electrón interférese a si mesmo como o predicir a teoría cuántica.[21][22] En 2002, votouse a versión dun só electrón do experimento " the O experimento máis fermoso "polos lectores de Physics World.[23]

En 2012, Stefano Frabboni e os seus colaboradores finalmente realizaron o experimento da dobre fenda con electróns e fendas reais, seguindo o esquema orixinal proposto por Feynman. Enviaron electróns individuais a fendas nanofabricadas (ao redor de 100 nbsp; nm de ancho) e, ao colleitar os electróns transmitidos cun detector dun só electrón, poderían mostrar a acumulación dun patrón de interferencia da dobre fenda.[24]

O paradoxo do experimento de Young[editar | editar a fonte]

Este paradoxo trata dun experimento mental, un experimento ficticio non realizable na práctica, que foi proposto por Richard Feynman[25] examinando teoricamente os resultados do experimento de Young analizando o movemento de cada fotón.

Para a década de 1920, numerosos experimentos (como o efecto fotoeléctrico, o efecto Compton, e a produción de raios X entre outros) demostraran que a luz interacciona coa materia unicamente en cantidades discretas, en paquetes " cuantizados" ou " cuánticos" denominados fotóns. Se a fonte de luz puidese substituírse por unha fonte capaz de producir fotóns individualmente e a pantalla fóra suficientemente sensible para detectar un único fotón, o experimento de Young podería, en principio, producirse con fotóns individuais con idéntico resultado.

Se unha das fendas cóbrese, os fotóns individuais irían acumulándose sobre a pantalla no tempo creando un patrón cun único pico. Con todo, se ambas as fendas están abertas os patróns de fotóns incidindo sobre a pantalla convértense de novo nun patrón de liñas brillantes e escuras. Este resultado parece confirmar e contradicir a teoría ondulatoria da luz. Por unha banda o patrón de interferencias confirma que a luz se comporta como unha onda mesmo se se envían partículas dunha nunha. Doutra banda, cada vez que un fotón dunha certa enerxía pasa por unha das fendas o detector da pantalla detecta a chegada da mesma cantidade de enerxía. Dado que os fotóns emítense un a un non poden interferir globalmente así que non é fácil entender a orixe da "interferencia".

A teoría cuántica resolve estes problemas postulando ondas de probabilidade que determinan a probabilidade de atopar unha partícula nun punto determinado, estas ondas de probabilidade interferen entre si como calquera outra onda.

Un experimento máis refinado consiste en dispoñer un detector en cada unha das dúas fendas para determinar por que rendija pasa cada fotón antes de chegar á pantalla. Con todo, cando o experimento disponse desta maneira as franxas desaparecen debido á natureza indeterminista da mecánica cuántica e ao colapso da función de onda.

Variacións do experimento[editar | editar a fonte]

Interferencia de partículas individuais[editar | editar a fonte]

Electron buildup over time

Unha versión importante deste experimento involucra partículas individuais (ou ondas, por coherencia, aquí chámanse partículas). O envío de partículas a través dun aparello de dobre fenda, unha por unha, fai que aparezan partículas individuais na pantalla, como se esperaba. Con todo, notablemente, un patrón de interferencia emerxe cando estas partículas poden acumularse unha por unha (vexa a imaxe adxacente). Isto demostra a dualidade onda-partícula, que establece que toda a materia exhibe propiedades tanto de onda como de partícula: a partícula mídese como un só pulso nunha soa posición, mentres que a onda describe a probabilidade de absorber a partícula nun lugar específico da pantalla.[26] Demostrouse que este fenómeno ocorre con fotóns, electróns, átomos e mesmo algunhas moléculas, incluíndo buckyballs.[27][28][29][30][31] Por tanto, os experimentos con electróns agregan evidencia confirmatoria á opinión de que os electróns, os protóns, os neutróns e mesmo as entidades máis grandes que normalmente se chaman partículas teñen a súa Natureza de onda propia e mesmo unha lonxitude de onda (relacionada co seu impulso).

A probabilidade de detección é o cadrado da amplitude da onda e pódese calcular con ondas clásicas (ver máis abaixo). As partículas non chegan á pantalla nunha orde predicible, polo que saber onde apareceron todas as partículas anteriores na pantalla e en que orde non di nada sobre onde se detectará unha partícula futura.[32] Se hai unha cancelación de ondas nalgún punto, iso non significa que unha partícula desapareza; aparecerá noutro lugar. Desde a orixe da mecánica cuántica, algúns teóricos buscaron formas de incorporar determinantes adicionais ou "variables ocultas" que, se se desen a coñecer, darían conta da localización de cada impacto individual co target.[33]

Os sistemas máis complicados que involucran dous ou máis partículas en superposición non son susceptibles á explicación anterior.[34]

Experimentos de "vía" e o principio de complementariedade[editar | editar a fonte]

Un coñecido experimento de pensamento predice que se os detectores de partículas están posicionados nas fendas, mostrando a través de que fenda vai un fotón, o patrón de interferencia desaparecerá.[5] Este experimento do que forma ilustra o principio de complementariedade de que os fotóns poden comportarse como partículas ou ondas, pero non poden observarse ao mesmo tempo como ambos.[35][36][37] A pesar da importancia deste experimento mental na historia da mecánica cuántica (por exemplo, vexa a discusión sobre versión de Einstein deste experimento), realizacións tecnicamente factibles deste experimento. non se propuxeron ata a década de 1970.[38] (As implementacións inxenuas do experimento do libro de texto gedanken non son posibles porque os fotóns non se poden detectar sen absorber o fotón.) Actualmente, realizáronse múltiples experimentos para ilustrar varios aspectos da complementariedade.[39]

Un experimento realizado en 1987 [40][41] produciron resultados que demostraron esa información podería obterse con respecto a que traxectoria tomara unha partícula sen destruír por completo a interferencia. Isto mostrou o efecto das medicións que perturbaron as partículas en tránsito nun grao menor e, por tanto, influíron no patrón de interferencia só nunha medida comparable. Noutras palabras, se uno non insiste en que o método utilizado para determinar por que rañura pasa cada fotón é completamente fiábel, aínda se pode detectar un patrón de interferencia (degradado).[42]

Elección atrasada e variacións do borrador cuántico[editar | editar a fonte]

Wheeler's Delayed Choice Experiment
Un diagrama do Experimento de elección demorada de Wheeler, que mostra o principio de determinar a traxectoria do fotón despois de que pase pola fenda

O experimento de elección atrasada de Wheeler demostra que a extracción da información de "ruta de acceso" despois de que unha partícula atravesa as fendas pode alterar retroactivamente o seu comportamento anterior nas fenda.

Os experimentos do apagador cuantico demostran que o comportamento da onda pódese restaurar borrando ou facendo que non estea dispoñible de forma permanente a información de "que ruta".

Nun artigo de Scientific American publicouse unha ilustración simple do fenómeno do borrador cuántico.[43] Se se establecen polarizadores antes de cada fenda cos seus eixos ortogonais entre si, eliminarase o patrón de interferencia. Pódese considerar que os polarizadores introducen a información da ruta de cada feixe. A introdución dun terceiro polarizador en fronte do detector cun eixo de 45° con relación aos outros polarizadores "borra" esta información, permitindo que o patrón de interferencia reapareza. Isto tamén pode explicarse considerando que a luz é unha onda clásica,[43]: 91 e tamén cando se usan polarizadores circulares e fotóns individuais.[44]: 6 As implementacións dos polarizadores que usan pares de fotóns entrelazados non teñen unha explicación clásica.[44]

Medida débil[editar | editar a fonte]

Artigo principal: Medida débil.

Nun experimento altamente publicitado en 2012, os investigadores afirmaron identificar o camiño que cada partícula tomara sen ningún efecto adverso en absoluto no patrón de interferencia xerado polas partículas.[45] Para facer isto, utilizaron unha configuración tal que as partículas que viñan á pantalla non proviñan dunha fonte puntual, senón dunha fonte con dous máximos de intensidade. Con todo, comentaristas como Svensson[46] sinalaron que, de feito, non hai conflito entre a medición débil s realizada nesta variante do experimento de dobre fenda e o principio de indeterminación de Heisenberg. As medicións débiles seguidas da selección posterior non permitiron medicións simultáneas de posición e momento para cada partícula individual, senón que permitiron medir a traxectoria media das partículas que chegaron a diferentes posicións. Noutras palabras, os experimentadores estaban a crear un mapa estatístico do panorama da traxectoria completa.[46]

Outras variacións[editar | editar a fonte]

Unha ensamblaxe da dobre fenda de laboratorio; distancia entre os postes superiores aproximadamente 2.5 cm (unha polgada).
Patróns de distribución de intensidade de campo próximo para fendas plasmónicas con anchos iguais (A) e anchos non iguais ( B).

En 1967, Pfleegor e Mandel demostraron interferencia de dúas fontes utilizando dous láseres separados como fontes de luz.[47][48]

Demostrouse experimentalmente en 1972 que nun sistema de dobre fenda onde só había unha fenda aberta en calquera momento, observáronse interferencias sempre que a diferenza de traxectoria fose tal que o fotón detectado podería provir de calquera das fendas.[49][50] As condicións experimentais eran tales que a densidade de fotóns no sistema era moito menor que a unidade.

En 1999, o experimento da dobre fenda realizouse con éxito con moléculas de buckyball (cada unha das cales comprende 60 átomos de carbono).[28][51] Un buckyball é o suficientemente grande (diámetro de aproximadamente 0.7 nm, case medio millón de veces máis grande que un protón) para ser visto baixo un microscopio electrónico.

En 2005, E. R. Eliel presentou un estudo experimental e teórico da transmisión óptica dunha pantalla metálica delgada perforada por dúas fenda de lonxitude de onda secundaria, separadas por moitas lonxitudes de onda ópticas. A intensidade total do patrón de dobre fenda de campo afastado móstrase reducida ou mellorada en función da lonxitude de onda do feixe de luz incidente.[52]

En 2012, os investigadores da Universidade de Nebraska–Lincoln realizaron o experimento de dobre fenda con electróns como o describiu Richard Feynman, utilizando novos instrumentos que permitiron o control da transmisión das dúas fenda e a vixilancia de Eventos de detección dun só electrón. Os electróns foron disparados por un canón de electróns e pasaron a través dunha ou dúas fenda de 62 nm de ancho × 4 μm de alto.[53]

En 2013, o experimento de dobre corte realizouse con éxito con moléculas que comprendían 810 átomos (cuxa masa total era superior a 10,000 unidades de masa atómica).[1][2]

Análogos da onda piloto hidrodinámicos[editar | editar a fonte]

Análogos hidrodinámicos desenvolvéronse para recrear varios aspectos dos sistemas mecánicos cuánticos, incluída a interferencia de partículas individuais a través dunha dobre fenda.[54] Unha pinga de aceite de silicona, que rebota ao longo da superficie dun líquido, se autopropulsa mediante interaccións resoantes co seu propio campo de onda. A pinga gotea suavemente o líquido con cada rebote. Ao mesmo tempo, as ondulacións dos rebotes do pasado afectan o seu curso. A interacción da pinga coas súas propias ondulacións, que forman o que se coñece como onda piloto, fai que mostre comportamentos que antes se consideraban peculiares ás partículas elementais, incluídos os comportamentos que habitualmente se toman como evidencia de que as partículas elementais propáganse polo espazo como ondas, sen ningunha localización específica, ata que se midan.[55][56]

Os comportamentos imitados a través deste sistema hidrodinámico de ondas piloto inclúen a difracción cuántica dunha soa partícula,[57] tunneling, quantized orbits, orbital level División, spin e estatísticas multimodales. Tamén é posible inferir relacións de incerteza e principios de exclusión. Hai vídeos dispoñibles que ilustran varias características deste sistema. (Consulte as ligazóns Externas.)

Con todo, os sistemas máis complicados que involucran dous ou máis partículas na superposición non son susceptibles dunha explicación tan simple e clásica intuitiva.[34] En consecuencia, non se desenvolveu ningún análogo hidrodinámico do enredo .[54] Con todo, os análogos ópticos son posibles.[58]

Formulación clásica de ondas ópticas[editar | editar a fonte]

Patrón de difracción de dous fendas por unha onda plana
Foto da interferencia de dobre fenda da luz solar.
Dúas fendas están iluminadas por unha onda plana.

Gran parte do comportamento da luz pódese modelar usando a teoría da onda clásica. O principio de Huygens-Fresnel é un deses modelos; indica que cada punto nunha fronte de onda xera unha wavelet secundaria, e que a perturbación en calquera punto posterior pódese atopar sumando as contribucións das wavelets individuais nese punto. Esta suma debe ter en conta a fase, así como a amplitude das wavelets individuais. Cabe sinalar que só se pode medir a intensidade dun campo de luz; isto é proporcional ao cadrado da amplitude.

No experimento de dobre fenda, as dúas fendas están iluminadas por un só raio láser. Se o ancho das fendas é o suficientemente pequeno (menor que a lonxitude de onda da luz láser), as fendas difractan a luz en ondas cilíndricas. Estas dúas frontes de onda cilíndricos están superpostos, e a amplitude, e por tanto a intensidade, en calquera punto das frontes de onda combinados depende tanto da magnitude como da fase das dúas frontes de onda. A diferenza na fase entre as dúas ondas está determinada pola diferenza na distancia percorrida polas dúas ondas.

Se a distancia de visualización é grande en comparación coa separación das fendas (o campo afastado), a diferenza de fase pódese atopar utilizando a xeometría que se mostra na figura de abaixo á dereita. A diferenza de ruta entre dúas ondas que se desprazan nun ángulo θ vén dada por:

Onde d é a distancia entre as dúas fendas. Cando as dúas ondas están en fase, é dicir, a diferenza de traxectoria é igual a un número integral de lonxitudes de onda, a amplitude sumada e, por tanto, a intensidade sumada é máxima, e ​​cando están en antifase, é dicir, a diferenza de traxectoria é igual á metade unha lonxitude de onda, unha lonxitude de onda e media, etc., daquela as dúas ondas cancélanse e a intensidade sumada é cero. Este efecto coñécese como interferencia. Os máximos de franxa de interferencia ocorren en ángulos

onde λ é a lonxitude de onda da luz. O espaciado angular das franxas, θ f , vén dado por

O espaciado das franxas a unha distancia z dos cortes está dado por

Por exemplo, se dúas fendas están separadas por 0.5 mm (d), e ilumínanse cun láser de lonxitude de onda 0.6μm (λ), logo a unha distancia de 1 m (z), o espaciado das franxas será de 1.2 mm.

Se o ancho das fendas b é maior que a lonxitude de onda, a ecuación de difracción de Fraunhofer dá a intensidade da luz difractada como:[59]

Onde función sinc defínese como sinc (x) = sen (x) / x para x ≠ 0, e sinc (0) = 1 .

Isto ilústrase na figura anterior, onde o primeiro patrón é o patrón de difracción dunha soa fenda, dado pola función sinc nesta ecuación, e a segunda figura mostra a intensidade combinada da luz difractada da dúas ranuras, onde a función cos representa a estrutura fina, e a estrutura máis grosa representa a difracción das ranuras individuais como se describe na función sinc.

Pódense realizar cálculos similares para o campo próximo usando a ecuación difracción de Fresnel. A medida que o plano de observación achégase ao plano no que están situadas as fendas, os patróns de difracción asociados con cada fenda diminúen de tamaño, de modo que a área na que se produce a interferencia redúcese e pode desaparecer por completo cando non hai superposición no plano. Dous patróns difractados.[60]

Interpretacións do experimento[editar | editar a fonte]

Do mesmo xeito que o experimento mental do gato de Schrödinger, o experimento da dobre fenda úsase a miúdo para resaltar as diferenzas e similitudes entre as diversas interpretacións da mecánica cuántica.

Interpretación de Copenhague[editar | editar a fonte]

A interpretación de Copenhague, presentada por algúns dos pioneiros no campo da mecánica cuántica, afirma que é indesexable postular calquera cousa que vaia máis aló das fórmulas matemáticas e os tipos de aparellos físicos e reaccións que nos permiten gañar algo. coñecemento do que sucede a escala atómica. Unha das construcións matemáticas que permite aos experimentadores predicir con gran precisión certos resultados experimentais ás veces denomínase onda de probabilidade. Na súa forma matemática é análoga á descrición dunha onda física, pero as súas "cristas" e "vales" indican niveis de probabilidade para a ocorrencia de certos fenómenos (por exemplo, unha faísca de luz nun punto determinado da pantalla do detector) Iso pódese observar no mundo macro da experiencia humana ordinaria.

Pódese dicir que a "onda" de probabilidade "pasa a través do espazo" porque os valores de probabilidade que un pode calcular a partir da súa representación matemática dependen do tempo. Non se pode falar da localización de ningunha partícula, como un fotón, entre o momento en que se emite e o momento en que se detecta simplemente porque, para dicir que algo está situado nalgún lugar nun momento determinado, hai que detectalo. O requisito para a eventual aparición dun patrón de interferencia é que se emitan partículas, e que haxa unha pantalla con polo menos dúas rutas distintas para que a partícula pase do emisor á pantalla de detección. Os experimentos non observan nada en absoluto entre o momento de emisión da partícula e a súa chegada á pantalla de detección. Se a continuación realízase un trazado de raios coma se unha onda de luz (como se entende en física clásica) é o suficientemente ancha como para tomar ambos os camiños, entón o rastrexo de raios predecirá con precisión a aparición de máximos e mínimos na pantalla do detector cando moitas partículas pasan a través da pantalla do detector. Aparello e aos poucos "pintar" o patrón de interferencia esperado.

Formulación integral do camiño[editar | editar a fonte]

Un dun número infinito de rutas igualmente probables utilizadas na integral de ruta de Feynman (ver tamén: Proceso de Wiener)

A interpretación de Copenhague é similar á formulación integral do camiño da mecánica cuántica proporcionada por Feynman. A formulación integral da traxectoria substitúe a noción clásica dunha traxectoria única e única para un sistema, cunha suma sobre todas as traxectorias posibles. As traxectorias súmanse utilizando integración funcional.

Cada camiño considérase igualmente probable e, por tanto, achega a mesma cantidade. Con todo, a fase desta contribución en calquera punto dado ao longo do camiño está determinada polaacción ao longo do camiño:

Todas estas contribucións logo súmanse, e a magnitude do resultado final é ao cadrado, para obter a distribución de probabilidade para a posición dunha partícula:

Como sucede sempre ao calcular probabilidade, os resultados deben ser normalizada mediante a imposición de:

Para resumir, a distribución de probabilidade do resultado é o cadrado normalizado da norma do superposición, sobre todos os camiños desde o punto de orixe ata o punto final, propagación de ondas proporcionalmente á acción ao longo de cada camiño. As diferenzas na acción acumulativa ao longo das diferentes traxectorias (e, por tanto, as fases relativas das contribucións) producen o patrón de interferencia observada polo experimento da dobre fenda. Feynman fixo fincapé en que a súa formulación é simplemente unha descrición matemática, non un intento de describir un proceso real que podemos medir.

Interpretación relacional[editar | editar a fonte]

Uncertainty Momentum
Un exemplo do principio de incerteza relacionado coa interpretación relacional. Canto máis se sabe sobre a posición dunha partícula, menos se sabe sobre a velocidade, e viceversa

De acordo con interpretación relacional da mecánica cuántica, proposta por primeira vez por Carlo Rovelli,[61] observacións como as do experimento da dobre fenda resultan especificamente da interacción entre observador (dispositivo de medición) e o obxecto que se observa (interactúa fisicamente con) , non calquera propiedade absoluta que posúa o obxecto. No caso dun electrón, se inicialmente "obsérvase" nunha fenda en particular, entón a interacción observador-partícula (fotón-electrón) inclúe información sobre a posición do electrón. Isto restrinxe parcialmente a localización final da partícula na pantalla. Se se "observa" (medido cun fotón) non nunha fenda en particular, senón na pantalla, entón non hai información de "que ruta" como parte da interacción, polo que se determina a posición "observada" do electrón na pantalla estritamente pola súa función de probabilidade. Isto fai que o patrón resultante na pantalla sexa o mesmo coma se cada electrón individual houbese pasado a través de ambas as fendas. Tamén se suxeriu que o espazo e a distancia en si mesmos son relacionais, e que un electrón pode parecer estar en "dous lugares á vez", por exemplo, en ambas as fendas, porque as súas relacións espaciais con puntos particulares na pantalla seguen sendo idénticas para ambas. localizacións da hendidura.[62]

Interpretación de moitos mundos[editar | editar a fonte]

O físico David Deutsch argumenta no seu libro The Fabric of Reality que o experimento da dobre fenda é evidencia da interpretación de moitos mundos. Con todo, dado que cada interpretación da mecánica cuántica é empíricamente indistinguible, algúns científicos móstranse escépticos desta afirmación.

A teoría de De Broglie – Bohm[editar | editar a fonte]

Unha alternativa á comprensión estándar da mecánica cuántica, teoría de De Broglie- Bohm afirma que as partículas teñen localizacións precisas en todo momento, e que as súas velocidades están influenciadas pola función de onda. Entón, mentres unha soa partícula viaxará a través dunha fenda en particular no experimento de dobre fenda, a chamada "onda piloto" que inflúe nela viaxará a través de ambas. Chris Dewdney calculou por primeira vez as dúas traxectorias de Broglie- Bohm mentres traballaba con Chris Philippidis e Basil Hiley no Birkbeck College (Londres).[63] A teoría de Broglie- Bohm produce os mesmos resultados estatísticos que a mecánica cuántica estándar, pero prescinde de moitos as súas dificultades conceptuais.[64]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. 1,0 1,1 1,2 "Physicists Smash Record For Wave-Particle Duality". The Physics arXiv Blog. 2013-11-08. Consultado o 2019-02-16. 
  2. 2,0 2,1 2,2 Eibenberger, Sandra; et al. (2013). "Interferencia da onda da materia con partículas seleccionadas dunha biblioteca molecular con masas que exceden os 10000 amu". Physical Chemistry Chemical Physics 15 (35): 14696–14700. Bibcode:2013PCCP...1514696E. PMID 23900710. arXiv:1310.8343. doi:10.1039/C3CP51500A. 
  3. Aínda que non hai dúbida de que a demostración de interferencia óptica de Young, o uso de luz solar, poros e tarxetas, desempeñou un papel vital na aceptación da teoría da onda da luz, hai algunhas dúbidas sobre se algunha vez realizou un experimento de interferencia de dobre fenda.
    • Robinson, Andrew (2006). The Last Man Who Knew Everything. New York, NY: Pi Press. pp. 123–124. ISBN 978-0-13-134304-7. 
  4. 4,0 4,1 Lederman, Leon M.; Christopher T. Hill (2011). Quantum Physics for Poets. US: Prometheus Books. pp. 102–111. ISBN 978-1616142810. 
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Feynman, Richard P.; Robert B. Leighton; Matthew Sands (1965). The Feynman Lectures on Physics, Vol. 3. Addison-Wesley. pp. 1.1–1.8. ISBN 978-0201021189. 
  6. Feynman, 1965, p. 1.5
  7. Darling, David (2007). "Wave–Particle Duality". The Internet Encyclopedia of Science. The Worlds of David Darling. Consultado o 2008-10-18. 
  8. Feynman, 1965, p. 1.7
  9. Lederman, Leon; Hill, Christopher T. Quantum Physics for Poets (en inglés). Prometheus Books. ISBN 9781616142810. 
  10. "... se nun experimento de dobre fenda, os detectores que rexistran os fotóns saíntes colócanse inmediatamente detrás do diafragma con dúas fendas: rexístrase un fotón nun detector, non en ambos ... " Müller-Kirsten, H. J. W. (2006). Introduction to Quantum Mechanics: Schrödinger Equation and Path Integral. US: World Scientific. p. 14. ISBN 978-981-2566911. 
  11. Plotnitsky, Arkady (2012). Niels Bohr and Complementarity: An Introduction. US: Springer. pp. 75–76. ISBN 978-1461445173. 
  12. " Parece que a luz pasa a través dunha fenda ou a outra en forma de fotóns se configura un experimento para detectar que hendidura pasa o fotón, pero pasa a través de ambos os s Realízase en forma de onda se realizamos un experimento de interferencia. " Rae, Alastair I.M. (2004). Quantum Physics: Illusion Or Reality?. UK: Cambridge University Press. pp. 9–10. ISBN 978-1139455275. 
  13. Feynman, The Feynman Lectures on Physics, 3: Quantum Mechanics p.1-1 " Con todo, hai un golpe de sorte: os electróns compórtanse igual que a luz ".
  14. Consulte: Experimento de Davisson-Germer Davisson, C. J (1928). "The diffraction of electrons by a crystal of nickel". Bell System Technical Journal 7: 90–105. doi:10.1002/j.1538-7305.1928.tb00342.x. 
  15. Charles Sanders Peirce propuxo por primeira vez o uso deste efecto como un estándar de referencia independente de artefactos para lonxitude
    • C.S. Peirce (xullo de 1879). "Nota sobre o progreso dos experimentos para comparar unha lonxitude de onda cun medidor". American Journal of Science, segundo o referenciado por Crease, Robert P. (2011).Mundo en equilibrio: a procura histórica dun sistema absoluto de medición. Nova York: W.W. Norton. p. 317. ISBN 978-0-393-07298-3. p. 203.
  16. Greene, Brian (1999). The Elegant Universe: Super Strings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. New York: W.W. Norton. pp. 97–109. ISBN 978-0-393-04688-5. 
  17. Feynman, 1965, chapter 3
  18. Sir Geoffrey, Ingram Taylor (1909). "Interference Fringes with Feeble Light". Prof. Cam. Phil. Soc. 15: 114. 
  19. Jönsson, Claus (1961-08-01). "Elektroneninterferenzen an mehreren künstlich hergestellten Feinspalten". Zeitschrift für Physik (en alemán) 161 (4): 454–474. Bibcode:1961ZPhy..161..454J. ISSN 0044-3328. doi:10.1007/BF01342460. 
  20. Jönsson, Claus (1974-01-01). "Electron Diffraction at Multiple Slits". American Journal of Physics 42 (1): 4–11. Bibcode:1974AmJPh..42....4J. ISSN 0002-9505. doi:10.1119/1.1987592. 
  21. Merli, P G; Missiroli, G F; Pozzi, G (1976). "Sobre o aspecto estatístico dos fenómenos de interferencia de electróns". American Journal of Physics 44 (3): 306–307. Bibcode:1976AmJPh..44..306M. doi:10.1119/1.10184. 
  22. Rosa, R (2012). "O experimento Merli– Missiroli–Pozzi de interferencia de electróns de dúas fendas". Physics in Perspective 14 (2): 178–194. Bibcode:2012PhP....14..178R. doi:10.1007/s00016-011-0079-0. 
  23. "The most beautiful experiment". Physics World 2002.
  24. Frabboni, Stefano; Gabrielli, Alessandro; Carlo Gazzadi, Gian; Giorgi, Filippo; Matteucci, Giorgio; Pozzi, Giulio; Cesari, Nicola Semprini; Villa, Mauro; Zoccoli, Antonio (May 2012). "O experimento das dúas fendas de Young- Feynman con electróns individuais: aumento da interferencia distribución de patróns e tempos de chegada utilizando un detector de píxeles de lectura rápida". Ultramicroscopy 116: 73–76. ISSN 0304-3991. doi:10.1016/j.ultramic.2012.03.017. 
  25. Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, and Matthew Sands (1965). "1". The Feynman Lectures on Physics Vol III (en inglés). Addison–Wesley. Consultado o 13 de xullo de 2018. 
  26. Greene, Brian (2007). The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality. Random House LLC. p. 90. ISBN 978-0-307-42853-0.  Extract of page 90
  27. Donati, O; Missiroli, G F; Pozzi, G (1973). "An Experiment on Electron Interference". American Journal of Physics 41 (5): 639–644. Bibcode:1973AmJPh..41..639D. doi:10.1119/1.1987321. 
  28. 28,0 28,1 New Scientist: Quantum wonders: Corpuscles and buckyballs, 2010 (Introduction, subscription needed for full text, quoted in full in [1] Arquivado 25 de setembro de 2017 en Wayback Machine.)
  29. Wave Particle Duality of C60 Arquivado 31 March 2012 en Wayback Machine.
  30. lNairz, Olaf; Brezger, Björn; Arndt, Markus; Anton Zeilinger, Abstract (2001). "Diffraction of Complex Molecules by Structures Made of Light". Phys. Rev. Lett. 87 (16): 160401. Bibcode:2001PhRvL..87p0401N. PMID 11690188. arXiv:quant-ph/0110012. doi:10.1103/physrevlett.87.160401. 
  31. Nairz, O; Arndt, M; Zeilinger, A (2003). "Quantum interference experiments with large molecules" (PDF). American Journal of Physics 71 (4): 319–325. Bibcode:2003AmJPh..71..319N. doi:10.1119/1.1531580. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 08 de agosto de 2017. Consultado o 12 de xaneiro de 2019. 
  32. Brian Greene, The Elegant Universe, pag. 104, pp. 109–114
  33. Greene, Brian (2004). The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality. Knopf. pp. 204–213. ISBN 978-0-375-41288-2. 
  34. 34,0 34,1 Baggott, Jim (2011). A historia cuántica: unha historia en 40 momentos. Nova York: Oxford University Press. pp. 76. ("A función de onda dun sistema que contén partículas N depende das coordenadas de posición 3N e é unha función nun espazo de configuración dimensional ou 'espazo de fase' en 3N. É difícil visualizar unha realidade que comprenda funcións imaxinarias nun espazo abstracto e multidimensional. Con todo, non xorde ningunha dificultade se ás funcións imaxinarias non se lles debe dar unha interpretación real.")
  35. Harrison, David (2002). "Complementariedade e a interpretación de Copenhague da mecánica cuántica". UPSCALE. Departamento de Física, U. de Toronto. Consultado o 2008-06-21. 
  36. Cassidy, David (2008). American Institute of Physics, ed. "Quantum Mechanics 1925-1927 Triumph of the Copenhagen Interpretation". Center for History of Physics. Consultado o 04 de febreiro de 2019. 
  37. Boscá Díaz-Pintado, María C. (29–31 de marzo de 2007). "Actualizando a dualidade onda-partícula". XV Reunión do Reino Unido e Europa sobre os fundamentos do física. Leeds, Reino Unido. Consultado o 2008-06-21. 
  38. Bartell, L. (1980). "Complementariedade no experimento da dobre fenda: en sistemas sinxelos de realización para observar o comportamento da onda de partículas intermedia". Physical Review D 21 (6): 1698–1699. Bibcode:1980PhRvD..21.1698B. doi:10.1103/PhysRevD.21.1698. 
  39. Zeilinger, A. (1999). "Experimento e os fundamentos da física cuántica". Reviews of Modern Physics 71 (2): S288–S297. Bibcode:1999RvMPS..71..288Z. doi:10.1103/RevModPhys.71.S288. 
  40. P. Mittelstaedt; A. Prieur; R. Schieder (1987). "Diminución da dualidade onda-partícula nun experimento de fotón de feixe dividido". Foundations of Physics 17 (9): 891–903. Bibcode:1987FoPh...17..891M. doi:10.1007/BF00734319. 
  41. D.M. Greenberger e A. Yasin, "Coñecemento simultáneo de ondas e partículas nun interferómetro de neutróns", Cartas de física A 128, 391–4 (1988).
  42. Wootters, W. K.; Zurek, W. H. (1979). "Complementarity in the double-slit experiment: Quantum nonseparability and a quantitative statement of Bohr's principle" (PDF). Phys. Rev. D 19 (2): 473–484. Bibcode:1979PhRvD..19..473W. doi:10.1103/PhysRevD.19.473. Consultado o 5 de febreiro de 2014. 
  43. 43,0 43,1 Hillmer, Rachel; Kwiat, Paul (2007-05). "A Do-It-Yourself Quantum Eraser". Scientific American 296 (5): 90–95. ISSN 0036-8733. doi:10.1038/scientificamerican0507-90. 
  44. 44,0 44,1 Chiao, R. E.; P. G. Kwiat; Steinberg, AM (1995). "Quantum non- locality en experimentos de dous fotóns en Berkeley". Quantum and Semiclassical Optics: Revista da European Optical Society Parte B 7 (3): 259–278. Bibcode:QuSOp ... 7..259 C 1995 QuSOp ... 7..259 C |bibcode= incorrecto: lonxitude (Axuda). arXiv:ph / 9501016 quant- ph / 9501016 |arxiv= incorrecto (Axuda). doi:10.1088 / 1355-5111 / 7/3/006 |doi= incorrecto (Axuda). 
  45. Francis, Matthew. "Desenredar a dualidade onda-partícula no experimento de dobre fenda". Ars Technica. 
  46. 46,0 46,1 Svensson, Bengt E. Y. (2013). "Pedagogical Review of Quantum Measurement Theory with an Emphasis on Weak Measurements". Quanta 2 (1): 18–49. doi:10.12743/quanta.v2i1.12. Consultado o 4 de febreiro de 2014. 
  47. Pfleegor, R. L.; Mandel, L. (July 1967). "Interference of Independent Photon Beams". Physical Review 159 (5): 1084–1088. Bibcode:1967PhRv..159.1084P. doi:10.1103/PhysRev.159.1084. 
  48. "Interference of Independent Photon Beams: The Pfleegor-Mandel Experiment : Uncertain Principles". web.archive.org. 2011-01-03. Consultado o 2019-02-16. 
  49. Sillitto, R.M.; Wykes, Catherine (1972). "Un experimento de interferencia con feixes de luz modulados en antifase por un obturador electro-óptico". Physics Letters A 39 (4): 333–334. Bibcode:1972PhLA...39..333S. doi:10.1016/0375-9601(72)91015-8. 
  50. ""To a light particle" - light-hearted memories of a historic experiment". www.sillittopages.co.uk. Consultado o 2019-02-16. 
  51. Nature: Wave–particle duality of C60 molecules, 14 October 1999. Abstract, subscription needed for full text
  52. Schouten, H.F.; Kuzmin, N.; Dubois, G.; Visser, T.D.; Gbur, G.; Alkemade, P.F.A.; Blok, H.; Hooft, G.W.; Lenstra, D.; Eliel, E.R. (7 February 2005). "Plasmon-Assisted Two-Slit Transmission: Young's Experiment Revisited". Phys. Rev. Lett. 94 (5): 053901. Bibcode:2005PhRvL..94e3901S. PMID 15783641. doi:10.1103/physrevlett.94.053901. 
  53. Bach, Roger; et al. (March 2013). "Difracción de electróns de dobre fenda controlada". New Journal of Physics 15 (3): 033018. Bibcode:2013NJPh...15c3018B. arXiv:1210.6243. doi:10.1088/1367-2630/15/3/033018. 
  54. 54,0 54,1 Bush, John WM (2015). "Pilot-wave hydrodynamics" (PDF). Annual Review of Fluid Mechanics 47 (1): 269–292. Bibcode:2015AnRFM..47..269B. doi:10.1146/annurev-fluid-010814-014506. hdl:1721.1/89790. Consultado o 21 de xuño de 2015. 
  55. Bush, John W. M. (2010). "Quantum mechanics writ large". PNAS 107 (41): 17455–17456. Bibcode:2010PNAS..10717455B. PMC 2955131. doi:10.1073/pnas.1012399107. Consultado o 23 de xuño de 2015. 
  56. Natalie Wolchover, Quanta Magazine, Science, 06.30.14 (2014-06-30). "Have We Been Interpreting Quantum Mechanics Wrong This Whole Time?". Wired. 
  57. Couder, Y.; Fort, E. (2012). "Probabilities and trajectories in a classical wave-particle duality" (PDF). Journal of Physics: Conference Series 361 (1): 012001. Bibcode:2012JPhCS.361a2001C. doi:10.1088/1742-6596/361/1/012001. Consultado o 23 de xuño de 2015. 
  58. Li, Pengyun; Sun, Yifan; Yang, Zhenwei; Song, Xinbing; Zhang, Xiangdong (2016). "Classical hypercorrelation and wave-optics analogy of quantum superdense coding". Scientific Reports 5: 18574. Bibcode:2015NatSR...518574L. PMC 4686973. PMID 26689679. doi:10.1038/srep18574. 
  59. Jenkins FA and White HE, Fundamentals of Optics, 1967, McGraw Hill, New York
  60. Longhurst RS, Physical and Geometrical Optics, 1967, 2nd Edition, Longmans
  61. Rovelli, Carlo (1996). "Relational Quantum Mechanics". International Journal of Theoretical Physics 35 (8): 1637–1678. Bibcode:1996IJTP...35.1637R. arXiv:quant-ph/9609002. doi:10.1007/BF02302261. 
  62. Filk, Thomas (2006). "Relational Interpretation of the Wave Function and a Possible Way Around Bell's Theorem". International Journal of Theoretical Physics 45 (6): 1205–1219. Bibcode:2006IJTP...45.1166F. arXiv:quant-ph/0602060. doi:10.1007/s10773-006-9125-0. 
  63. Philippidis, C.; Dewdney, C.; Hiley, B. J. (1979). "Quantum interference and the quantum potential". Il Nuovo Cimento B (en inglés) 52 (1): 15–28. ISSN 1826-9877. doi:10.1007/bf02743566. 
  64. Goldstein, Sheldon (2017). Zalta, Edward N., ed. Bohmian Mechanics (Summer 2017 ed.). Metaphysics Research Lab, Stanford University. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]