Почему отражение как будто не является измерением?

natunchik

Как я понимаю, корпускулярно-волновой дуализм объясняется так: частицы распространяются как волны, взаимодействуют как частицы.
То есть например фотон или электрон или даже фуллерен летит через две щели как волна, интерферирует сам с собой, но втыкается в какое-то конкретное место экрана и взаимодействует с ним как конкретная частица в этом конкретном месте. Производя вспышку света если это электрон или наоборот выбивая электрон и детектируясь в CCD матрице если это фотон. Всегда в конкретном месте, не может быть так чтобы один фотон выбил два электрона в разных местах, фотон с энергией Е=hw всегда взаимодействует с материей как один фотон с энергией Е.
Как работает отражение? То есть фотон отражаясь от зеркала передаёт ему импульс, как бы. Передача импульса это вполне взаимодействие, разве нет? Почему он не передаёт импульс какому-то конкретному атому и не летит после этого в случайном направлении? Почему существуют зеркала, то есть штуки которые отражают фотоны как волны, с углом отражения равным углу падения, вместо того, чтобы отражать их в случайных направлениях как матовые поверхности? Каким образом фотон передаёт импульс сразу всему зеркалу?
Второй вопрос: допустим кто-то ответил на первый, посмотрим на стандартный эксперимент типа http://en.wikipedia.org/wiki/File:Beam_Split_and_fuse.svg, фигачим фотон через полупрозрачное зеркало и делаем так что он проходит по двум путям с разницей в полфазы, наблюдаем что все фотоны попадают в верхний детектор потому что деструктивно интерферируют на пути в правый детектор. ОК. Когда фотон отражается от верхнего-левого обычного зеркала чтобы пойти направо, он передаёт ему импульс. Почему это не вызывает коллапса волновой функции (или запутывания с зеркалом, и дальше со всем миром, в терминах MWI который по идее должен полностью уничтожить эту деструктивную/конструктивную интерференцию между двумя путями?

Jusun

Про отражение не могу ответить. Но утверждение, что фотон передаёт импульс всему зеркалу, скорее всего, не верно в том смысле, в котором ты его понимаешь. Он с разными вероятностями передаёт импульс разным атомам зеркала. Или, если угодно - меняет сотояние зеркала, увеличивая среднее ожидаемое значение импульса и его момента для всего зеркала.

otlichnica

Почему он не передаёт импульс какому-то конкретному атому и не летит после этого в случайном направлении?
а он так и делает, это называется "принцип Гюйгенса"; просто когда ты проинтегрируешь по всему волновому фронту, т.е. учтешь и волновые свойства, все "неправильные" направления сократятся, и это будет называться "принцип Гюйгенса-Френеля"

eremastream

Ну вот в опыте с 2-мя щелями мы же не утверждаем, что фотон прошел через определенную щель.
Точно так же и отражается он не в определенном месте.

v1160908

Не знаю, отвечу ли на вопрос, но выскажу соображения.
Если рассматривать передачу импульса от фотона к телу, то этот импульс просто-напросто настолько маленький, что никакого лавинообразного процесса, приводящего к коллапсу, с волновой функцией не происходит. Точнее, он происходит, но мы находимся в самом начале этой экспоненты, и через какое-то очень большое время оно, может быть, и приведёт к коллапсу и измерению.
Вообще, как мне кажется, если рассматривать взаимодействие фотона с кристаллической решёткой (только зафиксированной то удобно рассматривать модель гармонического осциллятора большой размерности: вакууму соответствует волновая функция гауссового вида, однофотонному состоянию - гаусс*(линейная функция при этом коэффициенты линейной функции эволюционируют как классические величины (только комплексные! поэтому и все процессы с одиночными фотонами (отражение, преломление и т.д.) аналогичны таковым с классическими полями, если такое приближение работает. Если же приближение не работает, возникают всякие лавинообразные процессы, то где-то может получиться и измерение. Как обосновать, что такую модель вообще можно использовать, я не знаю (и можно ли вообще).

natunchik

@: принцип Гюйгенса-Френеля относится к волнам. Если измерения/запутывания не происходит, то я вполне представляю себе как можно получить волновую картину проинтегрировав все классические траектории. Вопрос в том, почему его не происходит.
Я специально привёл примеры когда оно происходит: электрон попадающий в фосфорную мишень после двух щелей, или наоборот фотон регистрирующийся CCD мишенью а то и вовсе фотобумагой. В чём принципиальное отличие от передачи импульса зеркалу/атому в нём?
@:
Ну вот в опыте с 2-мя щелями мы же не утверждаем, что фотон прошел через определенную щель.
Точно так же и отражается он не в определенном месте.
Ну дык если мы накрутим на одну из щелей катушку индуктивности и продетектируем импульс который ей передал пролетающий электрон, то таки окажется что он пролетел ровно через неё, и интерференционная картина пропадёт.
@: я не понял вторую часть твоего соображения, но по поводу первой, вроде же "лавинообразность" должна гарантироваться фактом того, что гипотетический получивший импульс атом немедленно провзаимодействует и запутается с соседними атомами, и так далее.

otlichnica

принцип Гюйгенса-Френеля относится к волнам. Если измерения/запутывания не происходит, то я вполне представляю себе как можно получить волновую картину проинтегрировав все классические траектории. Вопрос в том, почему его не происходит.Я специально привёл примеры когда оно происходит: электрон попадающий в фосфорную мишень после двух щелей, или наоборот фотон регистрирующийся CCD мишенью а то и вовсе фотобумагой. В чём принципиальное отличие от передачи импульса зеркалу/атому в нём?
а что будет запутываться? ты понимаешь, в чем смысл двух щелей в интерферометре? в случае падения фотона на зеркало никакой интерференции нет и все прекрасно описывается формулами Френеля
я к тому, что ты, мне кажется, плохо сам для себя сформулировал вопрос; одиночные фотоны как раз отражаются в любую сторону, в полном согласии с принципом неопределенности и принципом Гюйгенса

natunchik

одиночные фотоны как раз отражаются в любую сторону, в полном согласии с принципом неопределенности и принципом Гюйгенса
Что. Ты имеешь в виду, что если я буду светить на зеркало одиночными фотонами из лазера, под углом, я вместо чёткого зайчика на мишени увижу диффузное отражение? Чувак, нет, ты путаешься, разные фотоны друг с другом не взаимодействуют (в линейных системах) поэтому каждый фотон может интерферировать только сам с собой. Одиночный он или в компании совершенно неважно, он должен вести себя одинаково.

otlichnica

ну ты можешь объяснить, что такое диаграмма направленности рассеяния на квантовом уровне?

eremastream

надо еще сказать, что, вообще говоря, фотон переизлучится на другой частоте.
Кстати, тезис о том, что фотон выбивает электрон только в одном месте, не верен. Фотон может превратиться в электрон-позитронную пару, которая провзаимодействует с двумя атомами.
Кроме того, если подумать. то зеркало - это же здоровенная связанная система. Если пытаться фиксировать точку взаимодействия фотона с зеркалом, то надо как-то изолировать его части (вплоть до отдельных атомов и это приведет к искажению отражения (будет просто рассеяние на атоме).

natunchik

ну ты можешь объяснить, что такое диаграмма направленности рассеяния на квантовом уровне?
Ну, если передачи импульса нет, то можно считать что зеркало это просто потенциальный барьер (регулярно-бугристый, для эстетов потом мы можем посмотреть что происходит с маленьким кусочком волновой функции фотона рядом с барьером, он натурально отразится во все стороны (да и вообще распространится но если мы потом посмотим на другие такие же кусочки, мы увидим что на направлениях кроме угла отражения они друг-друга погасят. И кроме краёв луча. И может быть регулярность бугристости может интересные эффекты дать.
А вот как правильно описать что происходит при передаче импульса как раз-то меня и интересует. Вот, для каждого кусочка получается что один из атомов смещается в определённом направлении, а потом что, вместо коллапса ВФ и конкретного атома у нас получается когерентная псевдо-частица из вибраций кристаллической решётки что ли? А почему?

Кроме того, если подумать. то зеркало - это же здоровенная связанная система. Если пытаться фиксировать точку взаимодействия фотона с зеркалом, то надо как-то изолировать его части (вплоть до отдельных атомов и это приведет к искажению отражения (будет просто рассеяние на атоме).

Ну дык я и спрашиваю почему эта точка сама собой не фиксируется. Вот когда фотон выбивает электрон — это всё-таки в "намного более одном месте" даже если у тебя там всякие левые пары, чем когда фотон магически отражается сразу от всего зеркала. Ну то есть как мне заранее для какого-то эксперимента сказать, будет ли там коллапс ВФ или нет, хотя бы приблизительно?
Кстати! А что про мой второй вопрос забыли, как фотону, который идёт по двум путям в каком-нибудь стандартном интерференционном эксперименте, удаётся не передать импульс зеркалу на одном конкретном пути? Что там вообще происходит с этим импульсом?

otlichnica

для каждого кусочка получается что один из атомов смещается в определённом направлении, а потом что, вместо коллапса ВФ и конкретного атома у нас получается когерентная псевдо-частица из вибраций кристаллической решётки что ли? А почему?
выглядит разумно: аккуратно записать воздействие эм волны на все атомы, просуммировать с учетом сдвига фаз и убедиться, что импульс сохраняется

seregaohota

Почему существуют зеркала, то есть штуки которые отражают фотоны как волны, с углом отражения равным углу падения, вместо того, чтобы отражать их в случайных направлениях как матовые поверхности? Каким образом фотон передаёт импульс сразу всему зеркалу?
потому что он отражается от всего зеркала сразу, и если ты процарапаешь зеркало периодически в нужных местах, то получишь совсем другое отражение дифракционной решеткой
популярно рассказано в лекциях Фейнмана КЭД. Странная теория света и вещества. Выходила в бибилиотечке Квант. Особенно Лекция 2 Фотоны частицы света
в интернете легко ищется. Если напрягают его диаграммы по сложению поворачивающихся стрелок с часами, ну это для тех, кто не знает квант. и комплексных чисел
еще вот

natunchik

ОМГ, Кса, ну зачем ты мне пытаешься объяснить как это считать (с разными интуициями почему) в предположении что не происходит коллапса ВФ, если я спрашиваю почему не происходит коллапса ВФ?
Если я фигачу электрон в фосфорный экран, я вижу вспышку в одном конкретном месте. Если я один фотон в него зафигачу, то тоже наверное увижу люминесценцию в одном месте, да? Даже если я под углом фигачу.
А вот почему-то если вместо фосфорного экрана я использую зеркало, то фотон взаимодействует с ним всем сразу и отражается в конкретном направлении.
То есть когда фотон как бы поглощается и потом испускается при отражении и передаёт импульс, то это совершенно ОК и никакого коллапса, а когда электрон передаёт импульс кучке атомов переводя их электроны на более высокие энергетические уровни, то всё, это происходит в конкретной точке, а не по всему экрану. Почему так?

v1160908

А вот почему-то если вместо фосфорного экрана я использую зеркало, то фотон взаимодействует с ним всем сразу и отражается в конкретном направлении.
Лично мне кажется, что разница здесь исключительно количественная - у фотона (длинноволнового) тупо энергия намного меньше, поэтому запущенный им лавинообразный процесс за время проведения опыта тупо не успевает достаточно продвинуться. Заметь, что если мы, например, используем коротковолновые рентгеновские фотоны, то у нас тоже будет происходить коллапс.

Lene81

ОМГ, Кса, ну зачем ты мне пытаешься объяснить как это считать (с разными интуициями почему) в предположении что не происходит коллапса ВФ, если я спрашиваю почему не происходит коллапса ВФ?
Если я фигачу электрон в фосфорный экран, я вижу вспышку в одном конкретном месте. Если я один фотон в него зафигачу, то тоже наверное увижу люминесценцию в одном месте, да? Даже если я под углом фигачу.
А вот почему-то если вместо фосфорного экрана я использую зеркало, то фотон взаимодействует с ним всем сразу и отражается в конкретном направлении.
1. Гамильтониан свободного поля коммутирует с оператором числа фотонов, при (идеальном) отражении число фотонов не меняется — "оператор" зеркала коммутирует с гамильтонианом свободного поля. Это значит, что eigenstate при отражении не меняется. Коллапса нет (были в чистом состоянии, в нём и остались).
2. Поглощение меняе число фотонов и коммутировать free-field eigenstate не может — при поглощении происходит коллапс т.к. с точки зрения измеряющего прибора free-field eigenstates являются суперпозициями.

natunchik

Во, вот это уже интереснее. Можешь объяснить, что именно происходит с импульсом переданным зеркалу отражённым фотоном? Потому что мне кажется что в вещах, которые ты сейчас назвал, он тупо не учитывается (я правда уже почти всё забыл как оно на самом деле).
Алсо, как твоя логика применима к http://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_parametric_down-con... (которыми ЭПР-пары из фотонов делают, например)?
: кто иль что ты имеешь в виду под "лавинообразным процессом"? Я никогда такого термина применительно к декогеренции в квантах не слышал.

Lene81

Можешь объяснить, что именно происходит с импульсом переданным зеркалу отражённым фотоном? Потому что мне кажется что в вещах, которые ты сейчас назвал, он тупо не учитывается (я правда уже почти всё забыл как оно на самом деле).
Я понятия не имею о чём ты, но коллапс может происходить только для суперпозиции состояний. Если гамильтониан "измерения" коммутирует с гамильтонианом системы, то стационарное состояние системы при измерении никуда не коллапсирует, поскольку оно чистое и с точки зрения прибора.
При идеальном отражении, кстати, никакого изменения (модуля) импульса нет. Если оно есть, это уже рамановское рассеяние.

v1160908

кто иль что ты имеешь в виду под "лавинообразным процессом"? Я никогда такого термина применительно к декогеренции в квантах не слышал.
Если грубо, то, допустим, образуется суперпозиция двух эвереттовских миров, которые чуть-чуть отличаются (например, в одном электрон прилетел на один атом детектора, а в другом - на соседний потом каждый мир будет эволюционировать по-своему, и, в силу экспоненциального разбегания траекторий, через некоторое время это уже будет суперпозиция двух миров, которые отличаются уже совсем не чуть-чуть (например, суперпозиция живого и мёртвого кота). Это и есть лавинообразный процесс. Именно лавинообразный процесс лежит в основе любого квантового измерения, и на каком-то там этапе должен происходить коллапс, но изучено это плохо из-за вычислительных/экспериментальных сложностей и эвереттоблудцев.

eremastream


Если я фигачу электрон в фосфорный экран, я вижу вспышку в одном конкретном месте. Если я один фотон в него зафигачу, то тоже наверное увижу люминесценцию в одном месте, да? Даже если я под углом фигачу.
А вот почему-то если вместо фосфорного экрана я использую зеркало, то фотон взаимодействует с ним всем сразу и отражается в конкретном направлении.
Насколько я понимаю, в первом случае вы можете определить координату взаимодействия фотона с экраном, а во втором - нет, только если не "расцарапаете" зеркало. Причина - в различных свойствах материала экрана.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: