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关于量子干涉的几个量子力学基本原理 精选

已有 28871 次阅读 2009-1-5 09:01 |个人分类:量子物理|系统分类:观点评述| 干涉, 超导, 量子, 不确定性, 量子干涉

(1)量子干涉可以是粒子跟自己干涉,跟粒子之间的相互作用无关。

        关于这一条有一个著名的单光子干涉实验,在光子的双缝干涉实验中,把光子通量调到很低,使得光子在其相干时间内,最多只可能有一个光子通过双缝。这种情况下虽然单个光子只可能在屏幕上显示一个点,但不同时刻(在时间上不相干)通过双缝的很多光子却可以在屏幕上形成双缝干涉图象。

(2)量子干涉必须在存在路径不确定性的情况下才有可能发生,当关于路径确定的信息原则上有可能被人获知时,干涉就会消失。

        著名的惠勒延迟选择实验(Wheeler's delayed choice experiment)就是关于这一条的事例。

        更精彩的实验是1991年在美国留学的两个中国学生在他们导师的带领下,完成的一个双光子干涉实验【PRL67, 318 (1991)】。实验表明,双光子干涉中也遵循这一原理。该实验后来在《科学美国人》上有详细报道。

(3)从量子干涉实验中,人们可以得到粒子跟环境相互作用的某些信息,但永远不可能得到粒子内部状态方面的信息。

       到目前为止没有发现任何一个实验事实违反这一条。

当今国际超导物理界对超导量子干涉的理解违背了上述量子力学基本原理,在这种理解基础上构想出的超导波函数自然也就不可能是合理的(参见我们的论文http://cn.arxiv.org/abs/cond-mat/0210285)。

附:因为和湖南大学刘全慧教授的讨论中受到启发,于2009年4月21日修改过第一条。



https://blog.sciencenet.cn/blog-203504-208581.html


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发表评论 评论 (28 个评论)

IP: 155.69.2.*   | 赞 +1 [28]phchen   2011-6-10 19:13
老师,有个相关的问题想问一下。
之前看过您的这篇博文,
这几天看到一条新闻,让我想起你的第二条解释了:
http://physicsworld.com/cws/article/news/46193
这个新闻说是用weak measurement进行了成功的测定
抱歉,我还只是一个大一的学生,不是很理解
是这个新闻夸大的实验还是实验在推动理论?
IP: 58.31.120.*   | 赞 +1 [27]Bowave   2010-9-27 11:50
以下是华中师范大学对相干波长和干涉的描述,符合博主的要求吧:
从同一波列分割出来的子波列经历不同的光程之后相遇才能相干,只有当干涉装置中两分光束的最大光程差小于一个波列的长度时,这两束光才都发生干涉,相干长度与光的非单色性关系为:
L=λλ/Δλ
其中L为相干长度,λ是谱线的中心波长,Δλ是半强度宽度,(相干长度即波列长度。)
IP: 58.31.120.*   | 赞 +1 [26]Bowave   2010-9-26 17:26
博主回复到这里了,一直没看见:)不如以后就在你的《探寻不同量子干涉现象中的共性规律》回复吧~
现在的激光器的相干长度都可以做到千米以上了,最长的甚至号称达到2×107km。参考阿四派特克实验的检测器快门,极限分辨是光程差12米(我接触过的PMT的快门为纳秒级,博主可看看FLIM实验的设备性能),所以,我一直没觉得相干长度是限制。
除非,激光的相干长度和你提到的相干长度不是一个定义,否则这不构成限制。

博主回复:不知道相干长度对干涉的影响,就等于说没理解干涉。
IP: 58.31.120.*   | 赞 +1 [25]Microgold   2010-8-24 08:50
补充:我觉得从未有报道提及在双缝干涉实验中发现非线性的双光子激发好像也很费解——既然暗条纹要求两个光子同时到达,那么亮条纹中应该很容易得到双光子激发的啊。可能因为我是学生物的,对双光子激发的理解有误,还请博主指教一下:)
另,我觉得用Aspect实验支持纠缠的非定域性不是很严谨,如果用电子等粒子会更好一些——说不定使用电子做为参照系考察纠缠,纠缠就是定域的了。
博主回复:我没听说双缝干涉中的暗条纹要求两个光子同时到达,也没听说亮条纹需要光子激发。
IP: 58.31.120.*   | 赞 +1 [24]Microgold   2010-8-24 06:29
之前在“探寻不同量子干涉现象中的共性规律”回复过,不过好像在这回复更合适~~~
博主,我可以通过实验证明,杨氏双缝干涉实验和延迟选择实验中,光源每次绝对不止发射一个光子,而是每次至少发射两个光子。如果你坚持认为光源每次发射“一个光子”,那么,我可以通过实验将会显示“我们可以通过实验来观测光子从双缝中的哪一条狭缝穿过,并同时得到干涉的结果”。总之,量子力学解释这两个实验会碰到巨大的困难!
首先,考察你图1的杨氏干涉实验的P点位置,可知光源通过两条狭缝到达P点的光程不同,通过下面的狭缝将更快地到达P点。那么,当光源每次只发射一个光子时,我们可以比较该光子到达P点的时间来判断光子是通过上狭缝还是下的狭缝:用时短的表示光子通过下狭缝。又因为双缝是同时打开的,即使“光源每次只发射一个光子”,实验结果必为双缝干涉而不是两个单缝衍射的相加——这是目前的共识。因此,“我们通过实验观测、确认光子从双缝中的哪一条狭缝穿过,并同时得到了干涉的结果”,这显然和量子力学相悖。
再看图2 的Mach-Zender干涉仪,可知路径U和D的光程相等,这对应于双缝干涉的零级条纹。改动干涉仪,在光路D的“D”字母位置中插入4个全反镜、形成向下凸出的U形延长光路,最终仍到达BS2。这时,光路U对应图1双缝干涉的光源-下狭缝-P,D光路对应图1的光源-上狭缝-P,实验仍然通过比较光子到达BS2(或者说是检测器)的时间来判断光子是走路径U还是路径D。那么,不管实验得到还是得不到干涉结果,量子力学都无法解释,或者说量子力学对此的解释和对双缝干涉实验的解释矛盾!——干涉,我们知道光子的路径,并得到干涉,和量子力学矛盾;没有干涉,将和单光子的双缝干涉实验矛盾。
总之,无法解释。
所有这些问题,只有承认光源每次发射多个光子而不是一个光子,并用经典力学才可以很好的解释,应该说完美解释~

博主回复:建议你先去看看发生杨氏干涉的前提条件,你只要考虑并理解了这些条件就不会说“我们可以比较该光子到达P点的时间来判断光子是通过上狭缝还是下的狭缝”。
IP: 59.172.245.*   | 赞 +1 [23]赵国求   2009-2-14 16:52
当然我现在说的是从原理上抽象分析,结合具体实验可以作出很具的分析,如果能坐下来讨论收获会更大些,刘全慧/鲍得海都在被邀之列.如果你愿意全面了解我的观点,望告电子邮箱,网上很多公式我无法贴上去.

博主回复:好的,我在短消息里告诉你邮箱。请查收。
IP: 221.232.92.*   | 赞 +1 [22]赵国求   2009-2-12 15:59
量子干涉的3个量子力学基本原理,其实第一个涉及的是相干必须具备的条件问题,而第2/3则涉及到量子测量中纯态到混合态的转化问题.讨论起来既复杂又有趣,争议很大.你的双光子问题也会涉及其中.四月中旬利用周末两天,我准备在武汉召开一次小型讨论会(10人左右),均是物理博士与物理学哲学博士,不收费,你能来吗?电子邮箱见我的博主留言.
博主回复:谢谢赵老师的邀请,也欢迎赵老师质疑我的观点。不过这里这个评论里你也没有细说,我不好跟你讨论具体的东西。我这里说的很多都是实验事实的总结,不是猜想。总结有可能不全面、不到位,这完全可能,但在没有更好的总结的情况下,我们不妨先接受它。
你说的讨论会,我觉得首先应该在网上先了解清楚,我们彼此共同兴趣的问题、分歧点之类的东西,然后再在一起讨论更有效。
IP: 59.172.207.*   | 赞 +1 [21]赵国求   2009-1-9 12:28
单光子自已和自已干涉在曲率解释中有合理说法,王老师有兴趣讨论么?
博主回复:愿听高见
IP: 222.95.128.*   | 赞 +1 [20]曹天德   2009-1-6 19:48
这就是说,双光子干涉就类似于电子配对,不知我这个猜测对否。
博主回复:你想的很对,双光子干涉类似于电子配对而成的Cooper对的Josephson干涉。它们之间自然而然是存在共性的。巴丁尽管是BCS理论的创立者,但他没有真正理解Cooper对是什么东西,所以当Josephson的文章让他评审时他把它看成了垃圾,而事实上Josephson效应产生了超导最大的应用。
双粒子干涉还不是最复杂的干涉现象,事实上量子干涉可以发生在不同量子过程中间,也就是说两个不同路径上发生不同的量子效应,只要原则上无法知道究竟发生哪个效应的话,依然可以看到干涉效应。还有的干涉效应中,粒子可以在路上变成两个粒子,然后到干涉点或之前再变回来。
IP: 222.95.128.*   | 赞 +1 [19]曹天德   2009-1-6 19:45
我不知道双光子干涉是怎么“实现”的,因为我相信“一系列光子中的一个光子”,但不相信孤独的一个光子。我能想象的是除去“背景”后的双光子干涉、而不是仅有两个光子的现象。
博主回复:我们这所说的双光子是EPR(爱因斯坦、波尔多斯、罗森)关联的两个光子,这两个光子之间的关联可以是偏振关联、动量关联。如果是动量关联的话,两光子的总动量是一个比较确定的值(不确定度很小),而单个光子的动量很不确定。这样的双光子对的干涉显示一个跟总动量相一致的干涉条纹。
IP: 58.212.50.*   | 赞 +1 [18]曹天德   2009-1-6 18:59
呵呵,电子配对并非两电子“粘在”一起、不能真的作为一个粒子看,因此超导必然是一种集体行为。
博主回复:问题是量子力学没有规定“粘在”一起才是一个粒子,双光子干涉实验表明,两个远隔十万八千里的粒子组成的复合粒子的干涉行为跟所谓的单体粒子一样。
IP: 222.190.109.*   | 赞 +1 [17]曹天德   2009-1-6 16:12
"超导源于电子配对"可能没有问题,但到底如何配对\配对后与玻色子的差别还值得思考,但从量子力学单体论去思考是不够的.

博主回复:你提了一个很好的问题,你的问题与我碰到的国际超导牛人的问题差不多。看看双光子干涉和单光子干涉遵循一样的量子力学原理,就不会有此一问了。可惜搞超导的都没有真正了解量子光学中双光子干涉的。
量子力学没说复合粒子和单体粒子可以遵循不同的原理,谁要说这两者在干涉上有本质差别,那么谁就有义务拿出证据来。而有关的超导理论是没有经过严格推导的,基本上是猜出来的,更不可能证明复合粒子和单体粒子可以遵循不同的原理。
法律上有个原则,就是谁主张谁举证的原则。同样也适用科学领域。
另外,我们如此确信这些理论错,还不仅仅因为它们违背量子力学原理,更重要的是它们的理论是自相矛盾的,这在我们论文的第一页上就明确证明了的。
IP: 210.72.218.*   | 赞 +1 [16]lvbudna   2009-1-6 11:51
令外我想请教一下,这个实验中光源到缝的距离有没有什么要求?
博主回复:这个要求和传统的杨氏双缝实验一样,光源到缝的距离不同,干涉条纹的粗细就不同。
IP: 210.72.218.*   | 赞 +1 [15]lvbudna   2009-1-5 23:25
我不知道这个实验的具体操作.但我一直在想.为什么不是两个缝之间发生了干涉而影响了光子的轨迹呢??
博主回复:你的想法和Bohm的隐参量解释有点靠近,但也有差别。Bohm的隐参量理论中的量子势跟两个缝的特性有关,但也跟粒子的状态有关,特别是与粒子动量有关。
IP: 210.72.218.*   | 赞 +1 [14]lvbudna   2009-1-5 23:25
我不知道这个实验的具体操作.但我一直在想.为什么不是两个缝之间发生了干涉而影响了光子的轨迹呢??
IP: 219.244.168.*   | 赞 +1 [13]席政军   2009-1-5 19:37
会不会与纠缠有关系。
博主回复:你是说什么东西跟纠缠有关?
IP: 222.95.45.*   | 赞 +1 [12]曹天德   2009-1-5 17:48
单光子的提法本身就是错的,一些类似的实验之所以能够发表,并不是单光概念本身,而是由于其技术。人们可以批驳我的这个观点,因为目前要我在理论上说清这件事很难。
博主回复:那倒不是
IP: 202.113.30.*   | 赞 +1 [11]刘建彬   2009-1-5 16:34
(1)
目前不知道有没有真正用单光子源验证单光子干涉理论的,但是通过通过无限衰减光强是永远不能获得单光子态的,进而也没法证明光子只跟光子本身干涉。关于这方面的论文可以参看Alain Apect的论文Europhys.Lett,1 173(1986)。
[2]第一个双光子试验并不是他们完成的,在此之前的1988年,类似的试验就已发表在PRL上了,参看Phys. Rev. Lett., Vol. 61, 2921 (1988).
正好在做这方面的东西,所以对这方面很感兴趣,也读了一些东西,所以就写写了自己了解的





博主回复:(1)严格来说,你说得对,不可能通过无限衰减光强获得严格的单光子态。即使光减弱到每个光脉冲中,有千分之一的几率存在一个光子,那么存在两个光子的几率仍然有百万分之一,所以双光子的几率永远不为零。但是如果真的是光子之间的相互干涉导致的干涉条纹,那么再减弱若干倍,干涉程度应该会明显改变,一定会在干涉结果中反应出来,但实验上并没有看到这种效应。另外,请参见对【11】 abc的回复
(2)那有那么晚啊,最早的双光子实验是1981年Aspect等人做的【PRL47,460(1981)】。
IP: 210.72.130.*   | 赞 +1 [10]张志东   2009-1-5 16:27
云平的东东与玻尔和爱因斯坦的论战有相通的地方. 一下子就直切量子力学的要害之处. 问题是现在论战的双方谁对谁错也还没有定论,...
博主回复:呵呵,看来量子力学问题有很多人感兴趣,因为有很多地方说不清。
其实是否自己和自己干涉这一条跟我批驳超导波函数的流行理解关系不是很大,关系最大的是最后一条。因为都跟粒子干涉有关,我把它们放一起了。
IP: 210.72.130.*   | 赞 +1 [9]张志东   2009-1-5 14:16
云平一开博就成热博了!
博主回复:那是因为借老兄的光
IP: 117.88.255.*   | 赞 +1 [8]曹天德   2009-1-5 12:10
我知道你有不同看法,又因为你在北京找资料或者跟其他人交流方便些,我想请你告诉我“相位敏感实验”是凭什么(或如何)确定配对对称性的,我不了解的。
博主回复:在短信息里告诉我你的邮箱,我把pdf格式的有关文献发给你。
IP: 58.213.19.*   | 赞 +1 [7]曹天德   2009-1-5 11:42
云平好!你能说说“相位敏感实验”是凭什么(或如何)确定配对对称性的吗?谢谢!
博主回复:谢谢天德光临,不是我认为“相位敏感实验”可以确定配对对称性,是超导界的其他人这么认为。我的观点恰恰是:“相位敏感实验”不可能告诉我们任何关于超导对称性的信息。
IP: 121.15.200.*   | 赞 +1 [6]zhangxp   2009-1-5 11:25
久仰,这就是和志东老师讨论的大侠,也开博了哈。
博主回复:谢谢光临,我可不是大侠,大虾还差不多,:=)
IP: 59.64.60.*   | 赞 +1 [5][游客]sybo1981   2009-1-5 11:16
量子干涉到底是自己和自己,还是相互之间,好像还没有定论吧?
博主回复:在量子光学专家中,这个可以说是普遍接受的东西,不知道或不相信的人往往不是这个领域的专家。因为单光子实验中,不同时刻的光子是不相干的,干涉条纹的出现,不可能来自于不同光子之间的干涉。
IP: 210.72.136.*   | 赞 +1 [4]airenao   2009-1-5 10:35
科学网又多了一位高人!
博主回复::=)
IP: 210.72.130.*   | 赞 +1 [3]张志东   2009-1-5 09:36
祝贺云平开博!科学网又有好戏连台了!
博主回复::=)
IP: 125.73.76.*   | 赞 +1 [2]杨秀海   2009-1-5 09:24
祝贺祝贺!无条件的支持一下!
博主回复:谢谢
IP: 219.244.168.*   | 赞 +1 [1]席政军   2009-1-5 09:03
能否举几个范例!!
博主回复:根据你的要求,我已经添加了一些说明。

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