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如何理解各种量子力学干涉实验

已有 940 次阅读 2020-3-6 22:45 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记| 量子力学, 波动, 干涉

前面写过一篇文章:

《为什么说延迟选择实验是普通的相干现象》:

http://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1190943.html


还有人觉得很难理解。这里再补充说明一下:

干涉现象是波的性质。所有的量子干涉实验,用经典波的方式也能够重复,但实验装置需要保证惠更斯原理成立,也就是该透射的地方有透射,该反射的地方有反射。

如果用经典波实验,会发现“延迟”和干涉的建立都需要时间。一般经过几个周期,或者传播时间,就会建立起干涉图案或者某种本征模。

全局的波动干涉,本征模等现象,都是是通过局域的波动过程逐渐建立起来的。非相对论量子理论是一个本质的全局理论,会直接给出干涉和本征模的解,看不到这些现象的建立过程,或者说,通过不需要时间的“坍缩”发生。摆好实验布局的过程,就是测量,整个实验是一个测量。不要再把实验分成多少个有先后的步骤,在量子理论看来,或者说薛定谔方程看来,就是一个确定了边界条件的微分方程。实验条件设定了,也就是边界条件确定了,解就确定了,不存在解的建立过程。

但实际的实验是在满足局域性原理的世界中做的,如果波的速度慢,比如经典波,我们可以看到全局干涉模式,或者本征模的建立过程,如果波速很快,比如光速,我们一般看不到全局模式的建立过程。

举两个具体的例子:

1、笛子按住不同的孔,会发出不同的音调,该音调是当时的本征振动模式。在切换孔洞的时候,音调是有一个连续的变换过程的,但是一般我们注意不到,灵敏的仪器可以测量到这一连续的变换过程。这是真实的过程。

而全局理论的理想过程中,认为笛子变调不需要时间,按住不同的孔,对应的是不同的本征模。所以曲谱上的音长音高标记是理想标记。但是我们认为理想的理解就够了,不需要知道切换过程。当然,乐器本身应该能保证这种连续切换可忽略。

2、在黑暗房间里开灯,灯马上就亮了。实际上房间有个从暗变亮的过程。除了灯本身是通过一定的过程从暗到亮,灯光在房间里的反射、散射也会起作用。如果房间的整体反射率为50%,最后房间的亮度是没有反射的2倍。但要经过1+0.5+0.25+0.125+...=2,无穷次反射才达到恒定的亮度值2。但一般只要反射十来次就很接近了,眼睛无法感觉到后面的差别。而十来次的反射只需要不到一微秒,人眼根本感觉不到这一过程。各种复杂的阴影、色调,也是类似反复反馈产生的。由于过程很快,所以我们认为它们瞬间发生。但如果要刨根问底,“瞬时”突然建立复杂反馈的模式,显然是无法理解的。

干涉效应也是一样的,比如琴弦上的驻波,就是两列不同方向波的相干叠加结果,但是拨动琴弦到建立驻波还是有一个过程,高速摄像可以看到这一过程。延迟选择实验只是后面光学器件对光的反应反馈到前面,逐渐建立的干涉过程。

非相对论量子力学是理想的波动理论,每列波,或者说薛定谔方程的解,都是全局的(除无限深势阱),理想的,没有解的建立过程,所以不能用来理解有先后因果的过程。“非相对论”就意味着因果关系失效。局域理论中出现的复杂反馈和模式形成过程,在非局域理论中,体现在微分方程(比如薛定谔方程)的势函数和边条件上。




http://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1222168.html

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3 刘锋 张国宏 王安良

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