QM: Youngin kaksoisrakokoe, elektronidiffraktio

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Eli vähän kvanttimekaniikkaan liittyvää kysyttävää. Aaltohiukkasdualismin vaikutuksesta kaksoisraon läpi ammutut elektronit diffraktoituvat täysin vastaavasti kuin valo. Tehtäessä koetta yksittäisillä elektroneilla elektronin ajatellaan periaatteessa kulkeneen molemmista aukoista, sillä elektronin aaltofunktio saa arvoja molemmissa.

A. Laitetaan molempiin rakoihin detektorit, jotka jotenkin ilmoittavat onko elektroni läpäissyt niitä. Seuraus: elektroni paikallistuu, jolloin sen aaltofunktio romahtaa eikä diffraktiota tapahdu. Kysymys 1: onko tämä yleisesti hyväksyttyä nykyään, eli onko Afsharin koetta kumottu/vahvistettu? (Wiki ei tunnut tietävän asiasta, näkemyksiä molempiin suuntiin on.) Oletetaan joka tapauksessa että Afsharin koe olisi epävalidi. Kysymys 2: Sen pystyn jotenkin ymmärtämään että elektronin paikallistaminen tosiaan romuttaa sen aaltofunktion, mutta onko ilmiöön jotain hienosyisempää selitystä/teoriaa? Eli miksi elektronin havainnoiminen yhtäkkiä saa sen päättämään että nyt jatketaankin suoraa?

B. Laitetaankin vain rakoon a detektori. Nyt jos elektroni menee raosta b, detektori ei havainnoin yhtään mitään, eikä vaikuta elektroniin. Kuitenkin saamme tietää että elektroni meni raosta b sillä detektori ei havainnut mitään. Ilmeisesti tämäkin romuttaa elektronin aaltofunktion? Kysymys 3: mitä ihmettä? Elektroniko päättää mennä suoraan vain sen perusteella että se tietää olevansa tarkkailtu? Jos raossa a ei olisi detektoria, raosta b mennyt yksittäinen elektroni menisi diffraktiokuvion jakauman mukaisesti, mutta jos raossa a nyt sattuukin olemaan detektori, elektroni meneekin suoraan. Selityksiä? (TKK:n fysiikan proffa ei osannut vastata, meinasi että tuota oli mietitty ennenkin ja se liittyi EPR-paradoksiin.)

Sivut

Kommentit (31)

Vierailija
EemeIi
Kysymys 3: mitä ihmettä? Elektroniko päättää mennä suoraan vain sen perusteella että se tietää olevansa tarkkailtu? Jos raossa a ei olisi detektoria, raosta b mennyt yksittäinen elektroni menisi diffraktiokuvion jakauman mukaisesti, mutta jos raossa a nyt sattuukin olemaan detektori, elektroni meneekin suoraan.

En edes yritä tarkkaan vastata kysymyksiisi, koska kvanttimekaniikka ei ole minulle kovin tuttua, mutta hieman osaan kuitenkin vinkkiä antaa. Ei elektroni mitään päätä tai tiedä, mutta tarkkailu vaikuttaa siihen. En tiedä millaisilla systeemeillä noita elektroneita tarkkaillaan, mutta jotenkinhan detektorin ja elektronin välillä on oltava vuorovaikutusta. Tällöin on aivan luonnollista että elektroni käyttäytyy erilailla kuin ilman detektoria.

Vierailija

Nuo asiat oli kyllä jonkin verran hallinnassa, mutta ne eivät mielestäni liity kysymykseen 3. Siinä siis detektori on raossa a, jolloin se ei vaikuta mitenkään raosta b menevään elektroniin (ei pitäisi olla kauhean vaikea toteuttaa?). Tilanteen luulisi siis olevan elektronin kannalta tasan sama kuin se että se sattuisi menemään raosta b niin ettei kummassakaan raossa ole detektoria. Kuitenkin ainakin TKK:lla fyssan assarin ja proffan mukaan tällöin elektronin aaltoyhtälö romuttuu koska saamme epäsuoran tiedon siitä, että elektroni meni raosta b: elektroni meni rakojen läpi, mutta sitä ei havainnoitu mitenkään => elektroni meni raosta b.

Vierailija
EemeIi
Kysymys 2: Sen pystyn jotenkin ymmärtämään että elektronin paikallistaminen tosiaan romuttaa sen aaltofunktion, mutta onko ilmiöön jotain hienosyisempää selitystä/teoriaa? Eli miksi elektronin havainnoiminen yhtäkkiä saa sen päättämään että nyt jatketaankin suoraa?

Eipä tuosta aaltofunktion romahtamisen syystä taida mitään yksikäsitteistä selvyyttä olla. QM:ssä se on yksi postulaateista. Toki joidenkin kvanttigravitaatiotutkijoiden mukaan romahtaminen johtuisi pohjimmiltaan aika-avaruuden kuplimisesta.

Oman käsitykseni mukaan tämä elektronin suoraan kulkeminen havainnon jälkeen johtuu seuraavasta: Superpositiotilassa oleva aaltofunktio joutuu romahtaessaan tiettyyn, yksittäiseen tilaan. Tämän jälkeen aaltofunktio alkaa jälleen normaalisti aikakehittymään uusiin mahdollisiin tiloihinsa. Nämä uudet mahdolliset tilat eivät noudata enää samoja todennäköisyyksiä (tai välttämättä ole enää muutenkaan samoja tiloja kuin ennen havaintoa). Uusista tiloista suoraan liikkuminen on hyvin todennäköistä verrattuna muihin tiloihin, koska kyseessä on vapaa hiukkanen. Jotta diffraktiokuvio saavutettaisiin havainnon jälkeen, pitäisi hitun liikkua taaksepäin ja koukata takaisin raon toiselle puolelle, jossa sen pitäisi kääntyä ja näin oltaisiin jälleen kokeen alkuasetelmissa. Tämän tapahtuman todennäköisyys lienee infitesimaalisen pieni.

EemeIi
Kysymys 3: mitä ihmettä? Elektroniko päättää mennä suoraan vain sen perusteella että se tietää olevansa tarkkailtu? Jos raossa a ei olisi detektoria, raosta b mennyt yksittäinen elektroni menisi diffraktiokuvion jakauman mukaisesti, mutta jos raossa a nyt sattuukin olemaan detektori, elektroni meneekin suoraan. Selityksiä? (TKK:n fysiikan proffa ei osannut vastata, meinasi että tuota oli mietitty ennenkin ja se liittyi EPR-paradoksiin.)

Tämä on näitä kvanttimekaniikan kiistellyimpiä juttuja, ja EPR-paradoksi on hyvä esimerkki kvanttimekaniikan "käsittämättömyydestä". Ns. Bellin epäyhtälöillä on kuitenkin kokeellisesti pystytty osoittamaan, ettei mikään lokaali piilomuuttujateoria tai muukaan klassinen fysiikan teoria pysty selittämään kvanttimekaniikkaa. Myöskään aaltofunktion romahtaminen ei välitä informaatiota.

ykskivi
Seuraa 
Viestejä1950
Liittynyt27.3.2006
EemeIi
Kysymys 3: mitä ihmettä? Elektroniko päättää mennä suoraan vain sen perusteella että se tietää olevansa tarkkailtu? Jos raossa a ei olisi detektoria, raosta b mennyt yksittäinen elektroni menisi diffraktiokuvion jakauman mukaisesti, mutta jos raossa a nyt sattuukin olemaan detektori, elektroni meneekin suoraan. Selityksiä? (TKK:n fysiikan proffa ei osannut vastata, meinasi että tuota oli mietitty ennenkin ja se liittyi EPR-paradoksiin.)



Muistaakseni ko. kaksoisrakokoe on tehty silläkin tavalla, että elektroni on havaittu, mutta tieto havainnosta on tuhottu - ja kappas - elektroni meneekin taas diffraktiokuvan mukaisesti.

To refuse a hearing to an opinion, because one is sure that it is false, is to assume that one's own certainty is the same thing as absolute certainty. All silencing of discussion is an assumption of infallibility. - John Stuart Mill -

planetisti
Seuraa 
Viestejä463
Liittynyt22.9.2008

Termi "counterfactual measurement" tarkoittaa tosiaan sellaista havainnointia, joka ei klassisen fysiikan keinoin selity:

http://en.wikipedia.org/wiki/Elitzur%E2 ... omb-tester

Tuo on kirjoitettu minusta huonosti, jopa väärin, mutta lopputuloksena on se, että fotonin matkalla oleva kappale (johon fotoni voisi sirota) voidaan havainnoida myös sellaisissa tapauksissa, missä fotoni menee toista reittiä eikä se ole vuorovaikutuksessa kappaleen kanssa.

Kvanttimekaniikka on hämmästyttävää ja tulevaisuus.

Vierailija

reiästä A todennäköisyydellä kerran vuodessa +

reiästä B todennäköisyydellä kerran sekunnissa

= interferenssiä noin 1.000001 kertaa sekunnissa

Vierailija

Aika monen ihmisen todellisuuskäsitys pohjaa klassisen fysiikan mukaiseen käsitykseen maailmasta.

Proffa ei halunnut tulkita. Miksi taivas on sininen?

Kysymys miksi (näin tapahtuu), on epäolennainen, vai onko...

Filosofit vastailevat moisiin kysymyksiin... filosofin elämä on kuitenkin valmistautumista kuolemaan... jossain vaiheessa olemme kaikki kaiketi filosofeja, vaikkemme koskaan filosofiaa lukeneetkaan...

Derzin linkki tulkintoihin... ei muutakuin vapaasti tulkitsemaan... kerro minkä valitsit, niin kvanttitaistellaan... tai ainakin ruoditaan muutamia paradokseja, ja loogisuuden riemuvoittoa?

http://en.wikipedia.org/wiki/Interpreta ... _mechanics

Afshar experimentiin en ole löytänyt tieteellistä vahvistusta... vanhoista tulkinnoista luopuminen vie toki oman aikansa... forward-backward in time handshakes, as suggested by the Transactional Interpretation, tommosta tulkintaa kaiketi sitten pukkaa... MWI ja köpis uskovaiset ainakin helisisivät... ehkäpä jopa vastustaisivat?

Osaako joku kertoa suomeksi millainen maaimankuva pitäisi maalata TIQM tulkinnalla... käytännön esimerkkejä... Kaikkein pahimpana pidän TIQM argumenttejä, jotka tappaisivat paradoksit, ja filosofian... viisaus kun ei kuole, vaikka minä (paradoksi) poistuisinkin takavasemalle...

T:Luuletteko todella, että kuu ei ole olemassa, jos kukaan ei katso sitä?

Vierailija
pienisieni

T:Luuletteko todella, että kuu ei ole olemassa, jos kukaan ei katso sitä?




Kuuta ei ole olemassa, jos mikään ei vuorovaikuta sen kanssa. Silloin on vain todennäköisyys, että se on olemassa. Eikös tämä liity juuri siihen Heisenbergin epätarkkuusperiaatteeseen?

Kappaleella ei voi olla tarkkaa nopeutta ja paikkaa samanaikaisesti. Jos tarkka paikka tiedetään, on nopeus epätarkka.

Hiukkasillahan on omat todennäköisyysaaltonsa, todennäköisyys olla jossakin ja kun hiukkasen paikka havaitaan aalto romahtaa ja hiukkasen todennäköisyys olla siinä missä se haivaitaan nousee tietysti 100 prosenttiin.

Brian Greene:n kirja, Kosmoksen rakenne, käsitteli varsin selkeästi näitä kvanttiepätarkkuuksia sun muita.

Vierailija
Kraken94

Kuuta ei ole olemassa, jos mikään ei vuorovaikuta sen kanssa. Silloin on vain todennäköisyys, että se on olemassa. Eikös tämä liity juuri siihen Heisenbergin epätarkkuusperiaatteeseen?
Kappaleella ei voi olla tarkkaa nopeutta ja paikkaa samanaikaisesti. Jos tarkka paikka tiedetään, on nopeus epätarkka.



Epätarkkuus periaatetta voi toki käyttää tarkastellessa kuuta, yleensä kuuta tarkasteltaessa kuitenkin pitäydytään klassisessa fysiikassa... en ole saanut selkeää vastausta miksi näin on…

Tavallaan kuu ei ole vuorovaikutuksessa minkään paitsi itsensä kanssa, mitä itsellä sitten tarkoitetaankin… Gravitaation välittäjää kun ei tunneta, kunhan oletetaan että sellainen on… myös unessani kuu leijailee taivaalla ilman vuorovaikutusta.

Einstein: ”Luuletteko todella, että kuu ei ole olemassa, jos kukaan ei katso sitä”… historiaa…

”Einstein haluasi pitää kiinni todellisuuden realistisesta ja lokaalisesta tulkinnasta. Realismi tarkoitti Einsteinin mukaan sitä, että fysikaalisen systeemin mittaustulokset tiettynä hetkenä ja tietyssä paikassa riippuvat vain systeemin ominaisuuksista, sen fysikaalisesta todellisuudesta. Lokaalinen tulkinta tarkoitti sitä, että systeemin mittaustulokset eivät voi riippua saman hetkisestä tapahtumasta jossakin toisessa paikassa. Koska kvanttimekaniikka kuitenkin johti ajatuskokeeseen, jossa jompi kumpi - realismi tai lokaalisuus - ei näyttäisi pitävän paikkaansa, Einstein päätyy esittämänsä ajatuskokeen perusteella tulokseen, että kvanttimekaniikan kuvaus ei voi olla täydellinen, ts. että hiukkasten täytyy kuljettaa mukanaan joitakin tuntemattomia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kokeen tuloksiin. Tällaisia käsityksiä on myöhemin kutsuttu piilomuuttujateorioiksi”

Einstein : ”Jumala ei heitä noppaa” , johon Niels Bohr ”älä kerro jumalalle, mitä tehdä”

Niels Bohr puolestaan tulkitsi, että on turha kysyä, mitä elektroni 'todella' on. Tai jos kysytään, niin fysiikka ei anna vastausta. Bohr edusti tulkintaa jossa mitään ole olemassa ennen kuin siitä tehdään havainto. Einstein vastusti jyrkästi tällaista ajatusta…

Tässä on siis esitelty pikaisen pintapuolisesti kaksi ei niin suosittua tulkintaa…

...separation of the observer from the phenomenon to be observed is no longer possible.

Näin sanoi siis epätarkkuus-heiseberg...

Tieteen perusta on ollut kokeen eristäminen sen tekijästä... ne on aina erotettu... entäpä realismi ja lokaalisuus?
Entäpä jos meidän täytyisi tarkastella sekä koetta, että sen tekijää ja ennekaikkea itseämme... entäpä jos kokeen tekijä vaikuttaisi jo itse tulokseen... entäpä jos koe antaisi tekijänsä näköisen tuloksen...

"Natural science, does not simply describe and explain nature; it is part of the interplay between nature and ourselves.

What we observe is not nature itself, but nature exposed to our method of questioning."

*Heisenberg*

Pauli Efekti...Wolfgang Pauli kvanttifyysikko... riitti kun Pauli tuli kaupunkiin, kaikki kokeet menivät pieleen... Carl Jung ja Pauli tekivät mielenkiintoista yhteistyötä...

http://www.psychovision.ch/synw/pauli_f ... d_sync.htm

Tämmöstä tulkintaa pukkaa sieltä...

Siksipä sanon...
It is far safer and wiser that the physicist remain on the solid ground of theoretical physics itself and eschew the shifting sands of philosophic extrapolations.
— Prince Louis-Victor de Broglie

Fyysikkojen on turvallisempaa ottaa etäisyyttä tähän kokeeseen ja jättää tulkinnat jo suohon vajonneille...
Etäämmältä on sitten hyvä naureskella tulkinnoille, jossa ei ole päätä eikä häntää... pää on jo syönyt hännän...

Tulkintoja on todella pitkä liuta ja on jopa suositeltavaa keksiä itse muutama lisää, koska fyysikkojen keskuudessa ei oikein ole päästy yksimielisyyteen siitä, mikä tulkintatapa tulisi omaksua, pakkaa tulee sekoittaa vain lisää… Ainakin tiedepalstalla suosittua, monimaailma tulkintaa joskus leikilläni kritisoin, sen skitsofrenisesta luonteesta…metafyysistä ominaisuuksista sekä mahdottomuudesta testata niitä muita maailmoja… taisin jopa ivata uskovaisiksi… kyseessähän oli kuitenkin vain leikinlasku. Usko on aliravittu luomisen vipuvarsi… Samanlaista leikkiä tosin harrastaisin oli se tulkinta sitten mikä tahansa… minun kanssani ei vain kukaan halua leikkiä… leikkiä luovempaa tointa en kuitenkaan keksi.

Kaksoisrakokoe on tieteen tärkeimmäksi kokeeksi tituleerattu koe, yli 200 vuotta on mennyt kokeesta ja tässä olemme… kaikki on niin päivänselvää... kukaan ei usko mihinkään?

Herätkää filosofiseen keskusteluun... tahi antakaa asian, ajatuksen olla… tosikkojen on turha vaivautua, vihanpuuskista kun ei ole haittaa kuin itselleen ja naapurin kissalle, minulla on suodatin.

Mitään sanomatonta sanahelinää, ellei sitä helinää sitten joku tulkitse niin että rämisee...
Muistan vielä kuinka haalareissani oli pellen kuva, ja ruksi, joka pois sulki minut pelleydestä... ja teksti humanisti.
Vuosia myöhemmin havahdun ja näen pellen katsovan peilistä...
Ironista, eikö…

Rohkeasti vain tulkitsemaan kaksoisrakokoetta, kehittämään oma tulkinta?… Kosminen pelle puhaltaa sitten saippuakuplan tulkinnastasi.

http://www.youtube.com/watch?v=2X995mZ5 ... re=related

Elokuvien tulkintaa... se vasta leikkisää onkin... jaloistaan hirtetty narri...

'That, of course, is the great secret of the successful fool - that he is no fool at all.'

Isaac Asimov, Guide to Shakespeare.

T: ne, jotka tietävät, eivät puhu; ja ne, jotka puhuvat, eivät tiedä

Vierailija
pienisieni
Epätarkkuus periaatetta voi toki käyttää tarkastellessa kuuta, yleensä kuuta tarkasteltaessa kuitenkin pitäydytään klassisessa fysiikassa... en ole saanut selkeää vastausta miksi näin on…



Makroskooppisia kappaleita tarkastellaan klassisen fysiikan keinoin sillä niillä kvanttimekaaniset ominaisuudet ovat olemattomia. Millimetrin virhe kuun paikassa hetkellä t takaa että sen liikemäärän virhe voi olla minimissään noin 10^-31 kgm/s. Varmaan ymmärrät ettei tuon kokoluokan suureissa ole mitään mieltä kuuta tarkasteltaessa.

Jos Bohrin atomimallia käytetään approksimoimaan maa-aurinko -systeemiä saadaan maan kvanttiluvuksi noin 3*10^74 ja seuraava mahdolinen kiertorata on 1*10^-63 metrin päässä.

pienisieni
Tavallaan kuu ei ole vuorovaikutuksessa minkään paitsi itsensä kanssa, mitä itsellä sitten tarkoitetaankin… Gravitaation välittäjää kun ei tunneta, kunhan oletetaan että sellainen on… myös unessani kuu leijailee taivaalla ilman vuorovaikutusta.



Oletkohan täysin sisäistänyt tieteellistä maailmankuvaa? Mielestäni on perusteltua olettaa että gravitaatio välittyy jotenkin, sillä kyseinen vuorovaikutus on empiirisesti melko helposti ja kiistatta havaittavissa.

Vierailija
EemeIi

Makroskooppisia kappaleita tarkastellaan klassisen fysiikan keinoin sillä niillä kvanttimekaaniset ominaisuudet ovat olemattomia. Millimetrin virhe kuun paikassa hetkellä t takaa että sen liikemäärän virhe voi olla minimissään noin 10^-31 kgm/s. Varmaan ymmärrät ettei tuon kokoluokan suureissa ole mitään mieltä kuuta tarkasteltaessa.



Mikä, mikä ihme siitä kuusta nyt yhtäkkiä makron tekee…
Samanlaiset kvanttiominaisuudet niillä makroilla on kuin mikroilla… voin todisteeksi pilkkoa makro kuusi osiin ja suorittaa sillä kaksoisrakokokeen. En osaa sanoa kuinka pieniin paloihin edes tarvitsee pilkkoa…

Anton Zeilinger on tutkijaryhmineen tehnyt kokeen, jossa 70 hiiliatomin fullereenimolekyyli tuottaa kaksoisrakokokeessa kuvatun kvantti-interferenssin…Zeilingerin mukaan näyttäisi siltä, että periaatteessakaan ei olisi rajaa, kuinka suurilla hiukkasilla kvantti-interferenssi voitaisiin havaita.

Kloonaan juustopallo armeijan ja aloitan kokeet… gravitaatio pyssyni pitää... pienen, mutta mikrostamakroksi-olioissa niin suuren, tuntemattoman välittäjän...gravitaation aisoissa.

EemeIi

Oletkohan täysin sisäistänyt tieteellistä maailmankuvaa? Mielestäni on perusteltua olettaa että gravitaatio välittyy jotenkin, sillä kyseinen vuorovaikutus on empiirisesti melko helposti ja kiistatta havaittavissa.



Gravitaatio vuorovaikutus on havaittavissa… ei vuorovaikuttajaa, välittäjää… ja havaitsijankin rooli on valitettavasti kyseenalainen… Yhtä hyvin voitaisiin sanoa, että kuu on sinun näkymättömillä harteillasi… kuka lie oletkin… yhtä tieteellistä kuin herra hikka… eikun higgs…
Hyvä kysymys muuten… rehellinen vastaus… En, enkä tule koskaan sisäistämäänkään, ainoastaan ulostamaan… entäpä sinä?

Odotan mielenkiinnolla tieteellistä tulkintaasi kaksoisrakokokeesta, olisi kiva ruotia sinun tieteellistä tulkintaasi… ja tulkintasi mukaista ei niin tieteellistä maailmankuvaa... luitko muuten edes äskeisen loppuun kun rimmasit pari: vastataan leikkimielisesti... ekaa riviä... yleensä en ole saanut rantavesistä kalaa...

T:ei tieteellinen maailmankuva

Vierailija
pienisieni
Mikä, mikä ihme siitä kuusta nyt yhtäkkiä makron tekee…
Samanlaiset kvanttiominaisuudet niillä makroilla on kuin mikroilla… voin todisteeksi pilkkoa makro kuusi osiin ja suorittaa sillä kaksoisrakokokeen. En osaa sanoa kuinka pieniin paloihin edes tarvitsee pilkkoa…



Joo kyllä vaikka heittämälläsi tennispallolla on aaltoluonne, mutta asialla ei ole yhtään mitään väliä kun sen de Broglie -aallonpituus on noin 2 * 10^-34. Fullereeni nyt on vielä kuitenkin hyvin pieni, jolloin sen kvanttimekaaniset ominaisuudet ovat (näemmä) havaittavissa. Absoluuttista rajaa tuossa ei ole, mutta käytännön rajoitteita kyllä löytyy.

pienisieni
entäpä sinä?



Mielestäni olen sisäistänyt tieteellisen maailmankuvan.

pienisieni
Odotan mielenkiinnolla tieteellistä tulkintaasi kaksoisrakokokeesta, olisi kiva ruotia sinun tieteellistä tulkintaasi… ja tulkintasi mukaista ei niin tieteellistä maailmankuvaa... luitko muuten edes äskeisen loppuun kun rimmasit pari: vastataan leikkimielisesti... ekaa riviä... yleensä en ole saanut rantavesistä kalaa...



En ole valitettavasti kvanttimekaaniseen kaksoisrakokokeeseen perehtynyt sen vertaa että voisin omia mielipiteitä alkaa muodostaa. Enkä luultavasti perehdykään, nykyiset kvanttifysiikan opinnot tuntuvat ihan riittäviltä minulle.

Enkä lukenut viestiäsi loppuun, vaan ajattelin kommentoida paria silmiin pistänyttä kohtaa.

Vierailija

Kiitos rehellisestä vastauksestasi. Tsemppiä opiskeluun... ehdit kyllä perehtymään kokeeseen opiskelujesi jälkeenkin...eikä se todellakaan ole mikään must, ellet sitten samaan suohon halua upota...

T:neva

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat