Ny fototry ny mekanika quantum

Richard Feynman, iray amin'ireo mpahay fizika lehibe indrindra tamin'ny taonjato faha-19, dia nanamafy fa ny fanalahidin'ny fahatakarana ny mekanika quantum dia ny "fanandramana slit roa". Ity andrana tsotra ara-poto-kevitra ity, atao ankehitriny, dia mbola miteraka zava-baovao mahatalanjona. Asehon'izy ireo fa ny mekanika quantum tsy mifanaraka amin'ny saina mahazatra, izay nitarika tamin'ny famoronana lehibe indrindra tao anatin'ny dimampolo taona farany.

Sambany nanao andrana slit roa. Thomas Young (1) tany Angletera tamin’ny fiandohan’ny taonjato fahasivy ambin’ny folo.

fanandramana amin'i Yang

Ny fanandramana dia nampiasaina mba hampisehoana fa ny hazavana dia avy amin'ny onjam-peo fa tsy amin'ny natiora, araka ny voalaza teo aloha. Isaac Newton. Nasehon'i Young fotsiny fa mankatò ny hazavana tsehatra - trangan-javatra izay mampiavaka indrindra (na inona na inona karazana onjam-peo sy fitaovana entiny mampiely azy). Amin'izao fotoana izao, ny mekanika quantum dia mampifanaraka ireo fomba fijery mifanohitra lojika ireo.

Andeha hotadidintsika ny fototry ny andrana slit roa. Toy ny mahazatra dia onja eny ambonin'ny rano mandeha mivondrona manodidina ny toerana anariana ny vatokely no resahiko. 

Ny onja iray dia miforona amin'ny alalan'ny crests sy lakandrano mifanesy mivoaka avy ao amin'ny toerana misy ny korontana, ary mitazona elanelana tsy tapaka eo amin'ireo crests, antsoina hoe halavan'ny onjam-peo. Eo amin'ny lalan'ny onja dia azonao atao ny mametraka sakana, ohatra, amin'ny endriky ny takelaka misy tsipika tery roa tapaka izay ahafahan'ny rano mikoriana malalaka. Rehefa avy nanipy vatokely tao anaty rano ny onja dia nijanona teo amin'ny fisarahana - fa tsy tena. Onja roa mivondrona vaovao (2) izao no miparitaka amin'ny lafiny ilany amin'ny fizarazarana avy amin'ny roa tonta. Mifanindry izy ireo, na, araka ny lazaintsika, dia mifanelingelina, mamorona endrika mampiavaka ny ety ivelany. Any amin'ny toerana misy ny tendron'ny onja iray mihaona amin'ny tendron'ny iray hafa, dia mihamafy ny fibobohan'ny rano, ary rehefa mihaona amin'ny lohasaha ny lavaka iray, dia mihalalina ny fahaketrahana.

2. Fitabahan'ny onja mipoitra avy amin'ny slits roa.

Ao amin'ny andrana nataon'i Young, ny hazavana miloko tokana avoakan'ny loharano iray dia mandalo amin'ny diaphragma manjavozavo misy tsipika roa ary mipetaka amin'ny efijery iray ao ambadik'izy ireo (ankehitriny dia aleontsika mampiasa jiro laser sy CCD). Sarin'ny fitsabahana amin'ny onjam-pahazavana no hita eo amin'ny efijery amin'ny endrika andian-tsarimihetsika mazava sy maizina (3). Io vokatra io dia nanamafy ny finoana fa onja ny hazavana, talohan'ny nahitana ny onja tany am-piandohan'ireo taona XNUMX fa onja ihany koa ny hazavana. foton flux - potikely maivana tsy misy faobe miala sasatra. Taty aoriana dia hita fa ny mistery duality onja-particlehita voalohany ho an'ny hazavana, ary mihatra amin'ny singa hafa manana faobe. Tsy ela dia lasa fototry ny famaritana mekanika quantum vaovao momba an'izao tontolo izao.

3. Ny fahitan'ny tanora ny fanandramana

Ny potika koa dia manelingelina

Tamin'ny 1961, Klaus Jonsson avy ao amin'ny Oniversiten'i Tübingen dia nampiseho ny fitsabahan'ny singa goavam-be antsoina hoe elektrôna tamin'ny fampiasana mikraoskaopy elektronika. Folo taona taty aoriana, nisy mpahay fizika italiana telo avy ao amin'ny Oniversiten'i Bologna nanao fanandramana mitovy amin'izany fitsabahana elektronika tokana (mampiasa ilay antsoina hoe biprism fa tsy slit roa). Nampihena ny hamafin'ny taratra elektronika ho amin'ny sanda ambany toy izany izy ireo ka nandalo ny biprisma tsirairay, nifandimby ny elektrôna. Ireo elektronika ireo dia noraketina tamin'ny efijery fluorescent.

Tany am-boalohany dia nozaraina kisendrasendra manerana ny efijery ny dian'ny elektrôna, saingy rehefa nandeha ny fotoana dia namorona sarin'ny fitsabahana mazava ny sisin'ny fitsabahana. Toa tsy azo atao mihitsy ny hoe misy elektrôna roa mandalo misesy amin'ny tselatra amin'ny fotoana samy hafa dia mety hanelingelina ny tsirairay. Noho izany dia tsy maintsy manaiky izany isika ny electron iray dia manelingelina ny tenany! Fa avy eo ny elektrôna dia tsy maintsy mandalo amin'ny roa slits amin'ny fotoana iray ihany.

Mety halaim-panahy ny mijery ny lavaka izay tena nandalovan'ilay elektrôna. Ho hitantsika any aoriana ny fomba hanaovana izany fandinihana izany tsy hanelingelina ny fihetsiky ny elektronika. Hita fa raha mahazo vaovao izay neken'ny electron dia ho foana ny interference...! Ny fampahalalana "Ahoana" dia manala ny fitsabahana. Midika ve izany fa misy fiantraikany amin'ny fizotran'ny dingana ara-batana ny fisian'ny mpandinika misaina?

Alohan'ny hiresahana momba ny vokatra mahagaga kokoa amin'ny andrana slit roa, dia hanao digression fohy momba ny haben'ny zavatra manelingelina aho. Ny fitsabahana quantum amin'ny zavatra be dia be no hita voalohany ho an'ny elektrôna, avy eo ho an'ny singa mitombo ny mass: neutrons, protons, atoma, ary farany ho an'ny molekiola simika lehibe.

Tamin'ny taona 2011, tapaka ny firaketana momba ny haben'ny zavatra iray izay mampiseho ny tranganà fitsabahan'ny quantum. Ny andrana dia natao tao amin'ny Oniversiten'i Vienne avy amin'ny mpianatra dokotera tamin'izany fotoana izany. Sandra Eibenberger sy ny mpiara-miasa aminy. Ho an'ny fanandramana fahatapahana indroa, molekiola organika be pitsiny misy protons 5 eo ho eo, neutron 5 arivo ary elektronika 5 arivo no voafidy! Tao anatin'ny andrana tena sarotra dia hita ny fitsabahan'ny quantum an'io molekiola goavana io.

Nanamafy ny finoana izany izany Tsy ny singa fototra ihany, fa ny zavatra ara-materialy rehetra koa dia iharan'ny lalàn'ny mekanika quantum. Arakaraka ny maha-sarotra kokoa ny zavatra iray, dia vao mainka mifandray amin'ny tontolo iainany izy, izay manitsakitsaka ny toetran'ny quantum ankolaka ary manimba ny fiantraikan'ny fitsabahana..

Quantum entanglement sy polarization ny hazavana

Ny vokatra nahagaga indrindra tamin'ireo andrana roa-slit dia avy amin'ny fampiasana fomba manokana amin'ny fanaraha-maso ny foton, izay tsy nanelingelina ny fihetsiny na inona na inona. Ity fomba ity dia mampiasa ny iray amin'ireo trangan-javatra hafahafa indrindra, ilay antsoina hoe quantum entanglement. Ity trangan-javatra ity dia tsikaritra tamin'ny taona 30 avy amin'ny iray amin'ireo mpamorona ny mekanika quantum, Erwin Schrödinger.

Einstein skeptical (jereo koa 🙂) dia niantso azy ireo ho hetsika matoatoa teny lavidavitra. Na izany aza, antsasa-taona taty aoriana vao tsapa ny maha-zava-dehibe an'io fiantraikany io, ary ankehitriny dia nanjary lohahevitra mahaliana manokana ny fizika.

Inona no vokatr'izany? Raha misy poti roa mifanakaiky amin'ny fotoana iray dia nifandray mafy dia mafy ka namorona karazana "fifandraisana kambana", dia mitazona ny fifandraisana na dia an-jatony kilometatra aza ny elanelan'ireo singa ireo. Avy eo dia mihetsika toy ny rafitra tokana ireo singa. Midika izany fa rehefa manao hetsika amin'ny singa iray isika dia misy fiantraikany avy hatrany amin'ny ampahany hafa. Na izany aza, amin'izany fomba izany dia tsy afaka mampita vaovao amin'ny fotoana tsy ara-potoana isika.

Ny photon dia singa tsy misy faobe - ampahany fototra amin'ny hazavana, izay onja elektromagnetika. Rehefa nandalo takelaka misy ny kristaly mifanaraka aminy (antsoina hoe polarizer), ny hazavana dia lasa polarized linearly, i.e. ny veterin'ny elektrônika amin'ny onjam-peo elektromagnetika dia mihetsiketsika amin'ny fiaramanidina iray. Ho setrin'izany, amin'ny alàlan'ny fampitaovana ny hazavana miorim-paka amin'ny alàlan'ny takelaka misy hateviny avy amin'ny kristaly manokana iray hafa (ilay antsoina hoe takela-onja ampahefatry ny onja), dia azo ovaina ho hazavana miendrika boribory izy io, izay ivezivezin'ny vektora elektrônika ao anaty helika ( mihetsiketsika manaraka ny fiparitahan'ny onja. Noho izany, dia afaka miresaka momba ny linearly na circularly polarized photons.

Fanandramana amin'ny foton'ny voasaringotra

4a. Ny kristaly BBO nonlinear dia mamadika ny photon avoakan'ny laser argon ho fotona roa mifamatotra miaraka amin'ny antsasaky ny angovo sy ny polarization mifampitohy. Miparitaka amin'ny lalana samihafa ireo fotona ireo ary raiketin'ny mpitsikilo D1 sy D2, ampifandraisina amin'ny fifanandrifian'ny kisendrasendra LC. Apetraka eo amin'ny lalan'ny iray amin'ireo fotona ny diaphragma misy tsipika roa. Rehefa hitan'ny mpitsikilo roa ny fahatongavan'ireo fotony roa, dia voatahiry ao amin'ny fitadidian'ilay fitaovana ilay famantarana, ary ny mpitsikilo D2 dia mihetsika mifanandrify amin'ireo tselatra. Ny isan'ny photon ho toy ny fiasan'ny toeran'ny detector D2 voarakitra amin'izany fomba izany dia aseho ao anaty boaty, mampiseho maxima sy minima manondro fitsabahana.

Tamin'ny 2001, nisy vondrona fizika breziliana tao Belo Horizonte nitarika Stephen Walbourn fanandramana tsy mahazatra. Nampiasa ny fananan'ny kristaly manokana (fanafohezana BBO) ny mpanoratra azy, izay mamadika ampahany sasany amin'ny fotona avoakan'ny laser argôna ho fotona roa manana ny antsasaky ny angovo. Ireo fotona roa ireo dia mifamatotra; rehefa manana polarization horizontaly ohatra ny iray amin'izy ireo dia misy polarization mitsangana ny iray. Ireo fotona ireo dia mihetsika amin'ny lalana roa samy hafa ary mitana andraikitra samihafa amin'ny fanandramana voalaza.

Iray amin'ireo fotony hantsoinay fanaraha-maso, mandeha mivantana any amin'ny mpitsikilo photon D1 (4a). Ny mpitsikilo dia manoratra ny fahatongavany amin'ny alàlan'ny fandefasana famantarana elektrika amin'ny fitaovana iray antsoina hoe counter coincidence. LK Hisy andrana fitsabahana hatao amin'ny photon faharoa; hiantso azy izahay famantarana photon. Eo amin'ny lalany dia misy slit roa arahin'ny mpitsikilo photon faharoa D2, lavidavitra kely amin'ny loharanon'ny photon noho ny mpitsikilo D1. Ity mpitsikilo ity dia afaka mitsambikina ny toerana misy azy mifandraika amin'ny slot roa isaky ny mahazo famantarana mifanaraka amin'izany avy amin'ny kaontinao kisendrasendra. Rehefa mahita foton ny detector D1 dia mandefa famantarana ho an'ny counter coincidence. Raha, fotoana fohy taty aoriana, ny detector D2 koa dia mahita foton iray ary mandefa famantarana amin'ny metatra, dia ho fantany fa avy amin'ny foton'ny voafandrika izany, ary hotehirizina ao amin'ny fitadidian'ilay fitaovana izany zava-misy izany. Ity fomba fiasa ity dia manafoana ny fisoratana anarana amin'ny sary kisendrasendra miditra ao amin'ny detector.

Mitohy mandritra ny 400 segondra ny fotona voasaringotra. Aorian'io fotoana io, ny mpitsikilo D2 dia afindra amin'ny 1 mm mifandraika amin'ny toeran'ny slits, ary mila 400 segondra hafa ny fanisana ny foton'ny voafandrika. Afindra amin'ny 1 mm indray ny detector ary averina imbetsaka ny fomba fiasa. Hita fa ny fizarana ny isan'ny photons voarakitra amin'izany fomba izany arakaraka ny toerana misy ny detector D2 manana toetra maxima sy ny kely indrindra mifanaraka amin'ny mazava sy ny maizina sy fitsabahana sisin'ny ao amin'ny fanandramana Young (4a).

Ho hitantsika indray izany Ny fotona tokana mandalo amin'ny slit roa dia mifanelingelina.

Amin'ny fomba ahoana?

Ny dingana manaraka amin'ny fanandramana dia ny famaritana ny lavaka izay handalo ny fotona iray tsy hanelingelina ny fihetsiny. Properties ampiasaina eto takelaka onja ampahefatry. Ny takelaka misy onjam-pandrefesana dia napetraka teo anoloan'ny slit tsirairay, ny iray tamin'izy ireo dia nanova ny polarization linear ny photon zava-nitranga ho polarization boribory araka ny fihodin'ny famantaranandro, ary ny iray hafa amin'ny polarization boribory havia (4b). Nohamarinina fa tsy nisy fiantraikany tamin'ny isan'ny fotona voaisa ny karazana polarization foton. Amin'izao fotoana izao, amin'ny famaritana ny fihodinan'ny polarization ny photon rehefa avy nandalo ny slits, dia afaka manondro hoe iza amin'izy ireo no nandalo ny photon. Ny fahafantarana hoe "aiza ny lalana" dia manala ny fitsabahana.

4b. Amin'ny alàlan'ny fametrahana takelaka misy onja efatra (rectangles misy alokaloka) eo anoloan'ny slits, azo alaina ny fampahalalana momba ny "lalana inona" ary hanjavona ny sary manelingelina.

4c. Ny fametrahana polarizer P mifanentana tsara eo anoloan'ny mpitsikilo D1 dia mamafa ny fampahalalana "lalana inona" ary mamerina ny fitsabahana.

Raha ny marina, Rehefa apetraka tsara eo anoloan'ny slits ireo takelaka misy onjam-paty, dia hanjavona ny fizarana fanisana efa hita teo aloha izay manondro ny fitsabahana. Ny tena hafahafa dia mitranga izany raha tsy misy ny fandraisan'anjaran'ny mpandinika misaina izay afaka manao ny fandrefesana mety! Ny fametrahana takelaka misy onjam-paty fotsiny dia miteraka fiantraikany manafoana ny fitsabahana.. Ahoana àry no ahafantaran'ny photon fa aorian'ny fampidirana ireo takelaka dia azontsika atao ny mamaritra ny elanelana nandalovany?

Na izany aza, tsy izany no fiafaran'ny hafahafa. Afaka manangana indray ny fitsabahan'ny photon famantarana tsy misy fiantraikany mivantana aminy isika. Mba hanaovana izany, dia asio polarizer eo amin'ny lalan'ny fanaraha-maso ny photon tonga detector D1 mba hampita hazavana miaraka amin'ny polarization izay fitambaran'ny polarizations ny fotony roa mifatotra (4c). Izany dia manova avy hatrany ny polarity ny foton famantarana araka izany. Amin'izao fotoana izao dia tsy azo atao ny mamaritra amin'ny fomba azo antoka hoe inona ny polarization ny trangan'ny photon amin'ny slits, ary izay nandalovan'ny slit ny photon. Amin'ity tranga ity dia miverina amin'ny laoniny ny fitsabahana!

Fafao ny fampahafantarana fifantenana tara

Ny fanandramana voalaza etsy ambony dia natao tamin'ny fomba izay hitan'ny mpitsikilo D1 ny foton'ny fanaraha-maso alohan'ny nahatongavan'ny foton'ny famantarana D2. Ny famafana ny fampahalalana "ny lalana" dia vita tamin'ny fanovana ny polarization ny foton'ny fiara alohan'ny nahatongavan'ny photon famantarana ny detector D2. Avy eo dia azo sary an-tsaina fa ny photon fanaraha-maso dia efa nilaza tamin'ny "kambanany" ny tokony hatao manaraka: hiditra an-tsehatra na tsia.

Ankehitriny dia ovainay ny fanandramana amin'ny fomba izay ahafahan'ny photon fanaraha-maso mamely ny detector D1 rehefa avy nisoratra anarana ny photon famantarana amin'ny detector D2. Mba hanaovana izany, esory ny mpitsikilo D1 hiala amin'ny loharanon'ny photon. Mitovy ny endriky ny fitsabahana. Andeha isika hametraka takela-pandrefesana efatra eo anoloan'ireo tsipika mba hamaritana izay lalana nalehan'ny fotona. Manjavona ny lamina fitsabahana. Manaraka, andeha hofafana ny fampahalalana "ny lalana" amin'ny fametrahana polarizer mifanentana tsara eo anoloan'ny detector D1. Mipoitra indray ny lamina fitsabahana! Na izany aza dia natao ny famafana rehefa hitan'ny detector D2 ny foton'ny signal. Ahoana no ahafahana manao izany? Ny photon dia tsy maintsy mahafantatra ny fiovan'ny polarity alohan'ny hahatongavan'ny fampahalalana momba azy.

5. Fanandramana amin'ny taratra laser.

Mivadika ny filaharan-javatra voajanahary eto; ny vokany dia mialoha ny antony! Io vokatra io dia manimba ny fitsipiky ny causality amin'ny zava-misy manodidina antsika. Sa mety tsy maninona ny fotoana rehefa resaka poti-javatra mikorontana? Ny fikorontanan'ny quantum dia mandika ny fitsipiky ny toerana misy azy, izay mihatra amin'ny fizika klasika, izay tsy misy fiantraikany amin'ny zavatra manodidina azy fotsiny.

Hatramin'ny andrana Breziliana, andrana mitovitovy amin'izany no natao, izay manamafy tanteraka ny vokatra aseho eto. Amin'ny farany dia te hanazava mazava tsara ny misterin'ireo tranga tsy ampoizina ireo ny mpamaky. Indrisy anefa fa tsy azo atao izany. Ny lojikan'ny mekanika quantum dia tsy mitovy amin'ny lojikan'izao tontolo izao hitantsika isan'andro. Tsy maintsy manaiky izany amim-panetren-tena isika ary mifaly amin'ny zava-misy fa ny lalàn'ny mekanika quantum dia mamaritra mazava tsara ireo tranga miseho ao amin'ny microcosm, izay ampiasaina amin'ny fitaovana ara-teknika efa mandroso kokoa.