Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Однофотонная интерференция на двух щелях? Почему же?

Классический двухщелевой эксперимент хорошо описан и объяснен в крупную клетку. Для простоты будем рассматривать фотоны. И однофотонный вариант, в котором так же наблюдается гребенка интерференции при большом числе итераций. То есть фотон интерферирует сам на себе.
С первым-центральным пиком вопросов нет.
Следующие пики образуются на сдвиге пробега от щелей в волну или кратно.
Но почему же они есть в однофотонном эксперименте? Ведь фотон (его волновой пакет) от дальней щели не успевает на длину волны, или даже кратно ей, в указанную точку.
То есть, волновой пакет от второй щели отстает от пакета от первой щели практически на весь размер пакета (или еще кратно хуже). С таким отставанием по времени он вроде бы не может повлиять на вероятность обнаружить фотон в точке предполагаемого гребня. Сложение должно пройти не интерференционно а как обычная вероятность. В указанной точке мы получим прохождение волнового пакета удвоенной длины но той же амплитуды.
Еще интереснее с деструктивной интерференцией.
Верю, что объяснение есть ). Но почему же такие вопросы не разбираются достойно в учебниках?
Дополнительные вопросы:
  1. Каковы относительные интенсивности пиков?
  2. Из рисунка понятно что расстояние d между щелями должно быть кратно большо длины волны, чтобы дельта получалась хотя бы единицы длин. На какой кратности к длине волны проводятся эксперименты? Это десятки или тысячи длин волны?
ФизикаНаука+3
Рустем Мухаметшин
Физика
  · 11,5 K
КФМН (физика тведого тела), сейчас пенсионер-инженер. Работал в ИФТТ, ЦКБ УП, ИФП (всё...  · 9 авг 2022
"А может мальчика то и не было?» Горький
  «Этот опыт с электронами никогда никто        так не ставил. Дело в том, что для получения интересующих нас эффектов прибор должен быть чересчур миниатюрным. Мы ставим сейчас "мысленный эксперимент", отличающийся от других тем, что его легко обдумать. Что должно в нем получиться, известно заранее, потому что уже проделано множество опытов на приборах, размеры и пропорции которых были подобраны так, чтобы стал заметен тот эффект, который мы опишем» Фейнман
Первый вопрос, который приходит в голову — а откуда известно, что одиночная «частица» может дифрагировать на щелях? Как это удалось сделать генератор и приёмник одиночных частиц?
Забегая вперёд отвечу — удалось, но вывод меня потряс. Одиночные электроны дифрагируют, одиночные фотоны нет.
Теперь рассмотрим 2 экспериментальные работы.
I) [ Биберман Л. М., Сушкин Н. Г., Фабрикант В. А. Дифракция поочередно летящих электронов // ДАН СССР. 1949. Т. 66. № 2. С. 185–190]
Краткое содержание  работы.
Взята пушка электронного микроскопа.
Ток измерялся:
1) первоначально гальванометром (+установлен цилиндр Фарадея). Чувствительность 10^(-11) а/дел.
2) цилиндр убирался в сторону, диаметр падающего пучка увеличивался (до 10 см.) и превращался в серию пятен. Фотометрическая проверка показала, что интенсивность в пределах пятна постоянна. Выигрыш в чувствительности — по крайней мере 5 порядков!
3) Интенсивность пучка ещё резко уменьшалась (ток пушки) и по почернению пластинки определялась интенсивность слабого пучка электронов.
Собственно измерения.
Ставят на пути пучка окись магния (на коллоидной плёнке). Получаем дифракционную картину. Проверяем интенсивность пучка (кристалл убираем и фиксируем след пучка на пластинке). Ускоряющее напряжение — 72кэв и расчёт даёт — время между прохождениями двух электронов в приборе в 3*10^(-4 )с , а время эл. в пути — 8,5*10^(-9) с, т.е. скважность 30000 ! Летят одиночные электроны!
Были получены дифракционные картины от пучков, отличавшихся по интенсивности на 7 порядков. Качественно картинки одинаковы.
Т.е. одиночный электрон дифрагирует!
Как отмечено в Верхозиным [ ДИФРАКЦИЯ ФОТОНОВ ПРИ МАЛОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА, Вестник Псковского государственного университета, 7/2015] “После результата, полученного авторами [1], естественно было ожидать, что аналогичный результат будет получен и для фотонов.” Тем более, что интерференцию слабого пучка фотонов наблюдали впервые в 1909 году (источник свеча, свет рассеивается на игле, приёмник фотопластинка). Однако при такой технике работать с одиночными фотонами проблематично. По моим наблюдениям и в модных играх Белла одиночные фотоны не летали.
Однако,
II) [ Донцов Ю. П., Базь А. И. Интерференционные опыты с использованием статистически независимых фотонов // ЖЭТФ. 1967. Т. 52. № 3. Вып. 1. С. 3–11 ]
«Целью нашего настоящего эксперимента было исследование интерференционных свойств слабых световых пучков, состоящих из статистически независимых фотонов, и ответ на основной вопрос: будет ли большое количество отдельных фотонов, прошедших через интерферометр давать интерференционную картину? »
Авторы проверяли всё. Даже то, что используемый серый фильтр — нейтральный.
В этой установке можно изменять:
1) возбуждение лампы; 2) положение фильтра (и коэфф. ослабления); 3)наличие диафрагмы; 4)время экспозиции.
Основная фишка — фильтр можно ставить в положение F1 (перед интерферометром, ослабляя падающий на него поток) и F2 (после интерферометра). Приёмнику всё равно, интенсивность одинаковая, а каково интерферировать фотонам проверяем.
Так при падении 1500 фотонов на кадр картинка только несколько ухудшается при переносе фильтра из положения F2 в F1 , а при плотности 20-30 фотонов интерференция пропадает (для получения изображения использовались разные времена экспозиции).
Авторы прибегают при обработке к корреляционному анализу, но для нас интересен вывод: «независимые фотоны не создают интерференционной картины.» С их точки зрения, даже при небольшой плотности потока на фотокатод «попадают сгустки коррелированных фотонов» и только на минимальных плотностях потока появляются «одиночные» фотоны, которые и не дают интерференционной картинки.
Или - "1. Фотоны, испускаемые обычным светом источник (и, в частности, ртутная трубка) сильно взаимосвязаны. Их соотношение вероятно, проявляется испусканием фотонов в «сгустки».
2. Фотонная корреляция исчезает либо когда плотность возбужденных атомов источника мала, или когда фотонный пучок проходит достаточно плотный серый поглощающий фильтр."
Итого, возникает когнитивный диссонанс на почве утверждения: одиночные электроны интерферируют, а фотоны нет. Диссонанс усиливается работой А.Н. Верхозина (ссылка выше), в работе которого (источник - лазер, ослабитель — поляризатор), вывод об отсутствии интерференции одиночных фотонов подтверждается.
ну дифракцию на одиночных фотонах легче сделать. даже Дерек Маллер (Veritasium) показывал эксперимент https://youtu... Читать дальше
программист, интересны квантовая механика, теория относительности и астрономия  · 8 мар 2023
Конечно расстояние d больше длины волны. Обычно в несколько раз, иногда десятков раз. Чем меньше расстояние между щелями, тем больше будет расстояние между пиками на экране. На хороших дифракционных решётках около 500-1000 штрихов на миллиметр для видимого света. То есть это где-то в 3-5 раз больше длины волны. Фотон - это квантовая система. Его нельзя рассматривать как... Читать далее
Астрономия, криптография  · 28 июл 2022
> Но почему же они есть в однофотонном эксперименте? Ведь фотон (его волновой пакет) от дальней щели не успевает на длину волны, или даже кратно ей, в указанную точку. Хм, с наивной корпускулярной точки зрения, он и пройти мог в только в одну из щелей. 😉 И да, в наивной волновой точке зрения, дело в разности хода, каждый следующий порядок спектра +1 длина волны. 😉 Но... Читать далее
Физик, доктор, интересны квантовая механика и гравитация  · 26 июл 2022
Есть много явлений, которые кажутся непонятными если считать, что для фотона существует вероятность находится в определенной области пространства. Другими словами у фотона есть волновая функция как у других частиц. Тогда получаются разные чудеса типа «отложенного выбора», «квантового ластика» и тп. Реальность же в том, что фотон не имеет волновой функции, поэтому... Читать далее
Ну здорово конечно отрицать координатную привязку. Но ведь сам факт интерференции это расчетное совпадение фаз в... Читать дальше
Я очень рад быть частью этой группы и надеюсь внести положительный вклад.   · 11 дек 2022
Однофотонная интерференция в двух щелях возникает из-за корпускулярно-волнового дуализма света. Свет обладает свойствами как волн, так и частиц, и когда один фотон проходит через две щели, он демонстрирует интерференционные картины, аналогичные тем, которые наблюдаются с волнами. Когда один фотон проходит через две щели, его можно рассматривать как волну, которая... Читать далее
Физика, космос, планеты, астрономия, космонавтика  · 26 июл 2022
Большая часть парадоксов возникает от того, что мы слишком буквально понимаем некоторые понятия. В данном случае нужно понимать, что фотон не является точечной частицей, иначе он не смог бы пройти через две щели. Фотон, грубо говоря - это дозированный квант электромагнитного поля, волновой процесс нечётко оформленный в пространстве. Неопределённость координаты во... Читать далее
1 эксперт согласен
цитата Фейнмана, которую вы привели, относится к тем случаям, когда рассматриваемые расстояния сравнимы с длиной... Читать дальше
По образованию физик, работаю программистом  · 31 окт 2022
В пространстве между щелями и экраном существует нефизический ненаблюдаемый объект, называемый волновой функцией, который управляет движением частицы. Этот объект существует даже в том случае, если никаких частиц нет. Можно сказать, что этот объект представляет собой потенциальные возможности для будущего движения частицы. В многомировой интерпретации квантовой... Читать далее
Физика, компьютеры, электроника, велосипед, политика, диванный философ, диванный...  · 12 авг 2022
На дополнительный вопрос 2. Есть такое понятие, как длина когерентности. Что оно значит для одного фотона, для меня загадка, но зависит длина когерентности излучения от условий его испускания.  (см. мой комментарий от 27 июля про спонтанное и вынужденное излучение лазера и интерференцию фотона при испускании  его вынуждающей волной, которая и есть это самое... Читать далее
Длина когеренции связана со спектральной частотой или, если хотите, с разложением в ряд Фурье. Спектрально чистый... Читать дальше
По образованию физик, работаю программистом  · 1 авг 2022
Нет, расстояние между щелями не должно быть кратно длине волны, так как это гипотенуза треугольника. Кратным длине волны должен быть катет. Но такой катет можно найти при любой гипотенузе, меняя угол (напавления на цель).
Физика т/т, производственник, к Нижнему с любовью.  · 17 авг 2022
Однофотонная интерференция невозможна, это наиболее очевидно для температур, близких к абсолютному нулю.  В полости, заполненной квантами равновесного теплового излучения, в дополнение к экспериментальному фотону с некторой вероятностью найдется хотя бы один "тепловой" осциллятор с фотоном, который обеспечит закон сохранения энергии за экраном с щелями и до, с подобием и... Читать далее