Mach-Zehnder-interferometri ja fotonin kumoutuminen

Seuraa 
Viestejä111
Liittynyt26.3.2005

Mach-Zehnder-interferometri:

http://en.wikipedia.org/wiki/Mach%E2%80 ... rferometer

En ole täysin ymmärtänyt kaikkea tähän liittyvää, joten voitteko antaa valoa seuraaviin muutamiin kysmyksiin. Tuon wiki-sivun alaosassa on kuva. Ensin yksinkertaiset selitykset. Numeroidaan kuvan osat

1 3
2 4

Ensimmäinen puoliläpäisevä peili ja viimeinen puoliläpäisevä peili siis läpäisevät nimensä mukaisesti 50% todennäköisyydellä. Heti viimeisen peilin jälkeen porttia A kohti lähtevä signaali on kuvaan lisäämättömistä hidastuksista johtuen täsmälleen vastavaiheessa "ylhäältä" päin tulevaan signaaliin nähden, jolloin joka kerta porttiin A ei mene mitään ja B:hen menee (koska siis interferenssi kumoaa mahdollisuuden, että viimeisestä portista voisi mitään mennä A:ta kohti). Kuvissa 1 ja 2 on tilanne, joissa ammutaan yksi fotoni. Kun fotoni osuu porttiin B, aaltorintama romahtaa, jolloin teoriassa ajatellaan myös koko fotonin kulkeman matkan romahtaneen tiettyyn reittiin (tummalla aaltomuodolla merkattu reitti).

Kuvassa 3 on tilanne, että fotoneita ammutaan jatkuvalla syötöllä, ja aaltorintama (superpositio) etenee koko systeemin läpi, ja mittauksista voidaan todeta, että loogisesti puoliläpäisevät peilit aina läpäisevät tosiaan puolet.

Kuvassa 4 porttiin A menee fotoni (vastoin tilannetta 1). Tarkoitus on ihmetellä sitä, miten A:han menevä fotoni voi "tietää" että toisaalla reitti oli blokattu.

Jos tilanteet ajattelee kuten kirjoitin, etenevänä aaltorintamana, niin em. kysymys on hölmö. Fotoni ei tiedä mitään, mutta interferenssin takia aiemmassa tilanteessa A:han ei voinut mennä mitään, vaan kaikki aaltorintamat romahtivat B:hen, koska aaltorintama etenee sinne (tai niihin paikkoihin) minne sen on interferenssin sanelemana edettävä.

Nyt kolme kysymystäni.

1) Voiko tuon kokeen tilanteen 1 järjestää niin, että viimeinen peili olisi "ylhäältä" päin katsoen täysin läpäisevä. Silloinhan signaali kumoutuisi kokonaan. Fotoni katoaisi taivaan tuuliin. Mitä tämmöisessä tilanteessa tapahtuu? Fotoni muuttuu joksikin toisiksi hiukkasiksi?

2) Järjestetään tilanne 3 niin, että portti B on mielettömän kaukana, vaikka valovuoden päässä. Nyt käynnistetään koe ja mitataan C ja A. Tuleeko tuloksiksi heti 50% ja 25%? Jos tulee, niin onko tämä validi kuvaus siitä mitä tapahtuu: fotoni etenee alkupisteestä aaltorintamana. Kun rintama on edennyt tietyn matkan porttiin C asti, ja jos ko. matka ei vielä riitä siihen, että rintama olisi saavuttanut A:n, niin sillä hetkellä kun rintama osuu C:hen, on 50% todennäköisyys, että rintama romahtaa hiukkaseksi portissa C. Jos ei romahtanut C:hen, niin sitten hetkeä myöhemmin A:n kohdalla on vastaavasti 25% todennäköisyys. Jos A:han ei saada osumaa, niin silloin voidaan varmuudella sanoa, että rintama etenee nyt kohti B:tä. Onko tämä oikein? Onko oikein myös sanoa, että aaltorintama todellakin etenee rintamana koko systeemissä, kunnes rintama nykyhetkessä romahtaa hiukkaseksi jos on romahtaakseen. Ei siis käykään niin, että superpositio romahtaisi menneisyydenkin osalta tietyksi yhdeksi reitiksi, vaan superpositio yksinkertaisesti romahtaa kokonaisuudessaan (vuorovaikutuksen johdosta siinä hetkessä kun vuorovaikutus tapahtuu) hiukkaseksi, joka on kulkenut romahtamispisteeseensä asti aaltorintamana. Tämän väitteen mukaan siis fotoni ei kulkisi varsinaisesti dualistisesti kahdessa eri olomuodossa samaan aikaan, vaan aina aaltorintamana kunnes se vuorovaikutuksen tapahtuessa muuttuu hiukkaseksi. Onko tässä ajattelussa epäkohtia?

3) Eräässä tv-dokkarissa sanottiin, että kaksoisrakokokeessa voidaan laittaa ennen rakoa mittalaite, joka mittaa kumpaan rakoon fotoni tulee menemään. Tällöin superpositio romahtaa ennen rakoa, ja interferenssikuvio menetetään. Tätä pidettiin jonkinlaisena paradoksina tai outona ilmiönä. Eikö tuossa tilanteessa kuitenkin käy yksinkertaisesti niin, että rakoa edeltävä mittalaite vuorovaikuttaa superposition kanssa ratkaisevalla tavalla. Kun mittalaite romahduttaa superposition, ei tapahtumassa ole mitään outoa. Jos mittalaite olisi ollut vuorovaikuttamatta siten, että superpositio pyyhkäisee mittalaitteen ohi ilman vuorovaikutusta, sitten tilanne olisi outo; mutta näin ei käy. Olenko ymmärtänyt oikein, ja mitä outoa tässä piti olla?

Kommentit (14)

Jyri T.
Seuraa 
Viestejä1316
Liittynyt12.11.2010
p s
3) Eräässä tv-dokkarissa sanottiin, että kaksoisrakokokeessa voidaan laittaa ennen rakoa mittalaite, joka mittaa kumpaan rakoon fotoni tulee menemään. Tällöin superpositio romahtaa ennen rakoa, ja interferenssikuvio menetetään. Tätä pidettiin jonkinlaisena paradoksina tai outona ilmiönä. Eikö tuossa tilanteessa kuitenkin käy yksinkertaisesti niin, että rakoa edeltävä mittalaite vuorovaikuttaa superposition kanssa ratkaisevalla tavalla. Kun mittalaite romahduttaa superposition, ei tapahtumassa ole mitään outoa. Jos mittalaite olisi ollut vuorovaikuttamatta siten, että superpositio pyyhkäisee mittalaitteen ohi ilman vuorovaikutusta, sitten tilanne olisi outo; mutta näin ei käy. Olenko ymmärtänyt oikein, ja mitä outoa tässä piti olla?



Kyllä se noin menee. Jos fotoni 'pakotetaan' lokalisoitumaan ennen kaksoisrakoa, se käyttäytyy kuin hiukkanen.

Suosikkiurheilulajini on nojatuolisarkasmi.

p s
Seuraa 
Viestejä111
Liittynyt26.3.2005

Liittyen kolmoskysymykseeni, juuri tuollaista videota vastaan tässä kritisoin. Eli videoon liittyen (uudelleen) tarkentava kysymys: Eikö niin, että tuo mittalaite (havaitseva silmä videossa) vuorovaikuttaa fotonin kanssa? Vuorovaikutus: kahden tai useamman objektin tai tapahtuman välinen vaikutussuhde, jossa kumpikin osapuoli vaikuttaa toiseen. Mitä tarkoitetaan videossa, kun sanotaan "simply observing"? Mitä silmämittalaite tekee? Koko systeemi toimii ilmeisesti yhtälailla tyhjiössä kuin ilmapitoisessa huoneessa. Superpositio ei ole siis moksiskaan siitä, että mennään ilmamolekyylien läpi. Mikä siinä silmämittalaitteessa on se ominaisuus, joka romahduttaa superposition, kun ilmamolekyylit eivät sitä tee?

Seppo_Pietikainen
Seuraa 
Viestejä7615
Liittynyt18.10.2007
p s
Liittyen kolmoskysymykseeni, juuri tuollaista videota vastaan tässä kritisoin. Eli videoon liittyen (uudelleen) tarkentava kysymys: Eikö niin, että tuo mittalaite (havaitseva silmä videossa) vuorovaikuttaa fotonin kanssa? Vuorovaikutus: kahden tai useamman objektin tai tapahtuman välinen vaikutussuhde, jossa kumpikin osapuoli vaikuttaa toiseen. Mitä tarkoitetaan videossa, kun sanotaan "simply observing"? Mitä silmämittalaite tekee? Koko systeemi toimii ilmeisesti yhtälailla tyhjiössä kuin ilmapitoisessa huoneessa. Superpositio ei ole siis moksiskaan siitä, että mennään ilmamolekyylien läpi. Mikä siinä silmämittalaitteessa on se ominaisuus, joka romahduttaa superposition, kun ilmamolekyylit eivät sitä tee?



Etsipä http://scholar.google.fi/scholar?q=preserving+photon+superposition&hl=fi...

Sieltä näytti löytyvän n. 16900 artikkelia.

--
Seppo P.
Kreationismi perustuu tietämättömyyteen, se sikiää tietämättömyydestä ja siitä sikiää tietämättömyyttä. Tietämättömyyden levittäminen on kreationismin elinehto ja tietämättömyydessä rypeminen on kreationistin luonnollinen elämisenmuoto

p s
Seuraa 
Viestejä111
Liittynyt26.3.2005

Tuo oli hyvä video. En haluaisi mennä liian kauas alkuperäisistä kysymyksistä, mutta toit tähän nyt neljännen kysymyksen, joka tuossa setissäni olisi voinut olla. Eli kun puhutaan bohrilaisesta havainnoinnista (observe), niin mikä luokitellaan havainnoimiseksi? Tuo video vaatii kaverikseen edes jonkinlaista selitystä tuohon asiaan. Mitä tämä Stannard itse vastaisi tuohon kysymykseen? Havainto tapahtuu jos havaitsija on mittalaite, ihminen, mielenvikainen ihminen, kissa, kasvi, kivi? Stannardin mielestä havaitessa varmastikin tapahtuu vuorovaikutus. Mutta ilmeisesti vain tietyt kriteerit täyttävä vuorovaikutus on havainto, joka vaikuttaa esimeriksi superposition romahtamiseen. Mitkä ovat nämä kriteerit, edes suurin piirtein?

amandrai
Seuraa 
Viestejä205
Liittynyt26.4.2010

Taisit juuri vastata omaan kysymykseesi, kyllä tämä ainakin minun mielestäni on vähän outoa.

p s
Liittyen kolmoskysymykseeni, juuri tuollaista videota vastaan tässä kritisoin. Eli videoon liittyen (uudelleen) tarkentava kysymys: Eikö niin, että tuo mittalaite (havaitseva silmä videossa) vuorovaikuttaa fotonin kanssa? Vuorovaikutus: kahden tai useamman objektin tai tapahtuman välinen vaikutussuhde, jossa kumpikin osapuoli vaikuttaa toiseen. Mitä tarkoitetaan videossa, kun sanotaan "simply observing"? Mitä silmämittalaite tekee? Koko systeemi toimii ilmeisesti yhtälailla tyhjiössä kuin ilmapitoisessa huoneessa. Superpositio ei ole siis moksiskaan siitä, että mennään ilmamolekyylien läpi. Mikä siinä silmämittalaitteessa on se ominaisuus, joka romahduttaa superposition, kun ilmamolekyylit eivät sitä tee?
Goswell
Seuraa 
Viestejä10357
Liittynyt8.3.2010

Juu, kiva oli video. Laittaa nyt vain kiltisti niile fotoneille sivuttaistaliikemäärää elektronin liikkeestä johtuen, niin jokunen ongelmat on ratkaistu.
Miksi kummassa kuvitella sen fotonin liikkuvan suoraan, eihän juuri mikään muukaan liiku suoraan.
Fotonia ei havaita ennen vuorovaikutusta, se voi liikkua vaikka minkälaisen kaaren ennen havaitsinta, silti se piirtää vain pisteen.
Jos liikkuvasta autosta heittää lumipallon, sivuttainen liikemäärä jaa palloon, minne se sivuttainen liikemäärä katoaisi fotonin tapauksessa. Olkoon fotoni sitten vaikka pilvi tai mikä tahansa, jotakin sellaista sieltä lähteestä kuitenkin tulee, joka voi taittaa taivalta tyhjyydessä, pistemäinen energiapaketti siis..
Piirtää pisteen, viittaa kyllä vahvasti hiukkaseen minusta.

Ja tuo mittalaite, voisiko se vain aivan yksinkertaisesti plokata sen kaartavan fotonin, se fotoni kun ei kulje suoraan. Se on yksinkertaisesti fysiikanlakien mukaan mahdotonta.

Ja sinä jota taas ärsyttää, laske hitaasti kymmeneen, tai mene kävelylle.

Minun mielestä noin.

Seppo_Pietikainen
Seuraa 
Viestejä7615
Liittynyt18.10.2007
Goswell
Juu, kiva oli video. Laittaa nyt vain kiltisti niile fotoneille sivuttaistaliikemäärää elektronin liikkeestä johtuen, niin jokunen ongelmat on ratkaistu.
Miksi kummassa kuvitella sen fotonin liikkuvan suoraan, eihän juuri mikään muukaan liiku suoraan.
Fotonia ei havaita ennen vuorovaikutusta, se voi liikkua vaikka minkälaisen kaaren ennen havaitsinta, silti se piirtää vain pisteen.
Jos liikkuvasta autosta heittää lumipallon, sivuttainen liikemäärä jaa palloon, minne se sivuttainen liikemäärä katoaisi fotonin tapauksessa. Olkoon fotoni sitten vaikka pilvi tai mikä tahansa, jotakin sellaista sieltä lähteestä kuitenkin tulee, joka voi taittaa taivalta tyhjyydessä, pistemäinen energiapaketti siis..
Piirtää pisteen, viittaa kyllä vahvasti hiukkaseen minusta.

Ja tuo mittalaite, voisiko se vain aivan yksinkertaisesti plokata sen kaartavan fotonin, se fotoni kun ei kulje suoraan. Se on yksinkertaisesti fysiikanlakien mukaan mahdotonta.

Ja sinä jota taas ärsyttää, laske hitaasti kymmeneen, tai mene kävelylle.




Tuo ei ole edes väärin.

--
Seppo P.
Kreationismi perustuu tietämättömyyteen, se sikiää tietämättömyydestä ja siitä sikiää tietämättömyyttä. Tietämättömyyden levittäminen on kreationismin elinehto ja tietämättömyydessä rypeminen on kreationistin luonnollinen elämisenmuoto

p s
Seuraa 
Viestejä111
Liittynyt26.3.2005

Äh. Mitä tarkoitat ei ole väärin. Muistetaanko tässä nyt mistä tämä kysymys lähti liikkeelle? Mach-Zehnder-testissä nimenomaan yksiselitteisesti todetaan, että A-porttiin ei mennyt mitään, jolloin on aivan välttämätöntä, että fotoni on kulkenut aaltorintamana eli superpositiossa systeemin läpi. Sama perusjuttu kuin yksittäisten fotonien aiheuttama interferenssi kaksoisraossa. Ei ole siis väliä onko kaartumisliikettä tai spiraalia ym. Täsmälleen samat kysymykset jäävät silti vailla vastausta.

Seppo_Pietikainen
Seuraa 
Viestejä7615
Liittynyt18.10.2007
p s
Äh. Mitä tarkoitat ei ole väärin. Muistetaanko tässä nyt mistä tämä kysymys lähti liikkeelle? Mach-Zehnder-testissä nimenomaan yksiselitteisesti todetaan, että A-porttiin ei mennyt mitään, jolloin on aivan välttämätöntä, että fotoni on kulkenut aaltorintamana eli superpositiossa systeemin läpi. Sama perusjuttu kuin yksittäisten fotonien aiheuttama interferenssi kaksoisraossa. Ei ole siis väliä onko kaartumisliikettä tai spiraalia ym. Täsmälleen samat kysymykset jäävät silti vailla vastausta.



Tarkoitin sitä, että Goswellin selitys oli niin pielessä, että se ei ollut edes väärin.

--
Seppo P.
Kreationismi perustuu tietämättömyyteen, se sikiää tietämättömyydestä ja siitä sikiää tietämättömyyttä. Tietämättömyyden levittäminen on kreationismin elinehto ja tietämättömyydessä rypeminen on kreationistin luonnollinen elämisenmuoto

Goswell
Seuraa 
Viestejä10357
Liittynyt8.3.2010

tuo onkin merkillisen pielessä sitten. Mutta erotelkaa nyt kuitenkin rakokoe tyhjiössä ja väliaineessa .Missä tuo kyseinen koe on tehty.

Eli tyhjiössö hiukkanen, väliaineessa aaltomainen.

Minun mielestä noin.

p s
Seuraa 
Viestejä111
Liittynyt26.3.2005

Mielenkiintoista.

http://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment

"It is a widespread misunderstanding that, when two slits are open but a detector is added to the experiment to determine which slit a photon has passed through, then the interference pattern no longer forms and the experimental apparatus yields two simple patterns, one from each slit, superposed without interference. Such a result would be obtained only if the results of two experiments were superposed in which either one or the other slit is closed. However, there are many other methods to determine whether a photon passed through a slit, for instance by placing an atom at the position of each slit and monitoring whether one of these atoms is influenced by a photon passing it. In general, in such experiments, the interference pattern will be changed but not be completely wiped out. Interesting experiments of this latter kind have been performed with photons and with neutrons."




Tuo on epäselvä kohta "..if the results of two experiments were superposed in which either one or the other slit is closed". Miksei voi olla kaksi detektoria ja reiät auki. Sitten sanotaan, että atomidetektorit kummassakin raossa muuttavat/vähentävät interferenssiä. Harmi, kun tuo kohta on niin epäselvä. Mitä superpositiolle oikein tapahtuu atomidetektorin takia? Voiko superpositio hieman romahtaa vai onko se niin, että se joko romahtaa tai pysyy superpositiona? Yksinkertainen linssikin muuttaa superposition muotoa, eikö niin. Mutta superpositio sinänsä pysyy täydellisenä superpositiona, aalto vain yksinkertaisesti diffraktoituu.

Jos atomidetektori vain diffraktoi, mutta ei romahduta, niin silloinhan väite detektoinnin romahduttamisesta on joko väärä tai koko kysymyksen asettelussa on jotain pielessä. Miten tämä asia voi olla näin epäselvä? Tämä täytyy aloittaa siitä, että katoaako interferenssikuvio mikäli raoissa detektoidaan vai ei. Jos ja näköjään kun ei katoa, niin silloin on olemassa vuorovaikutusmahdollisuus, joka ei romahduta. Onko testitulos nyt se, että atomidetektorien läpi mennessään jompi kumpi satunnaisesti detektoi fotonin (vaikka fotoni on superpositiossa myös atomidetektoinnin hetkellä), mutta silti matka jatkuu superpositiossa loppuun asti. Loppu on tässä tapauksessa taulu, jossa fotonin energia muuttaa taulun pigmenttiä tai tapahtuu muu vastaava vuorovaikutus, jossa fotonin superpositio ei enää jatku. Jos taulu olisi ollut sahattu puoliksi ja fotoni sattuisi jatkamaan matkaansa tyhjyyteen (kun huomataan, ettei tarttunut tauluun), niin silloin superpositio jatkuisi edelleen läpi sen tyhjän puoliskon.

Saadaanko atomidetektorin havainto sillä hetkellä kun aallon pitäisi pyyhkäistä yli, vaikka taulu olisi valovuoden päässä?

Tämä http://en.wikipedia.org/wiki/Afshar_experiment on täysin linjassa alkuperäisen ajatukseni kanssa: kvantti kulkee (tai suuremmatkin systeemit kulkevat) superpositiona eli aaltona loppuun asti, kunnes vuorovaikutus tapahtuu. Jos on useita eri pituisia reittejä, niin matka jatkuu superpositiona niin kauan kunnes arpa määrittelee mihin pysäkkiin jäädään. Tämä on kai toinen tulkinta kuin mitä Afshar itse ajattelee, mutta Afsharin koe on loistava selvittämään juuri tuota ajatustani.

Uusimmat

Suosituimmat