Опыт Фейнмана по прохождению частиц через щели

[Slava Parkov]

Для демонстрации некоторых особеннойстей квантовой механики (и зачем одной из причин откуда берется вероятность в квантовой мехинике), рассмотрим известный эксперимент Фейнмана с двумя щелями. Долгое время это был мысленный эксперимент, но последнее время появилось довольно много экспериментальных проверок (никто в результатах не сомневался, но провести такой эксперимент вживую было делом чести для многих групп).

Предположим, что у нас есть источник частиц (электронов, протонов, молекул, ... – всего чего угодно), и этот источник испускает частицы, причем очень редко. Эти честицы летят к стенку с двумя щелями, проходя ее (через щели) и потом попадают на экран, где место в которое они попадут регистрируется датчиком.  Частицы испускаются настолько редко, что каждая новая частица вылетает из источника только после того как предыдущая попадает в датчик. Эти гарантируется, что частицы не взаимодействуют друг с другом, и в каждый момент времени мы имеет дело с одной отдельно взятой частицей. Когда частица попадает в экран, место в которое она попала отмечается точкой. Постепенно появится некоторая картинка.


Про эту картинку можно сделать два утверждения..
1. Картинка будет зависить от того, знаем мы через какую щель прошла частица или нет. В случае если знаем, то, неважно каким образом будет определяься через какую щель прошла частица, картинка будет гладкой (как левая кривая на картинке выше).

2. Если мы не знаем, через какую щель прошла частица, то на экране получится интерференционная картинка, хотя мы знаем, что частицы проходят через щели по одной и между собой интерферировать не могут, то есть каждая частица проходит через обе щели, и эти части частицы интерферируют между собой нa экране (как правая кривая на картинке выше). В эксперименту это выглядит:

[Николай Григорьевич Зуб]

В этой схеме не учитываются краевые эффекты щелей.
Поэтому, правильнее добавить еще одну такую же диафрагму.

[Slava Parkov]

В этой схеме не учитываются краевые эффекты щелей.
Поэтому, правильнее добавить еще одну такую же диафрагму.

Краевые эффекты здесь не причем, но так как много десятков лет это был только мысленный опыт, можете мысленно добавляь что хотите.

[Олег]

В этой схеме не учитываются краевые эффекты щелей.
Поэтому, правильнее добавить еще одну такую же диафрагму.

Схема, действительно, не учитывает никаких эффектов кроме волновой функции.
Однако, при проведении эксперимента, полученная картинка учитывает все эффекты.

Для окончательных выводов не хватает картинки, которая получается при наличии датчика прохождения электрона через определенную щель, то есть картинки, соответствующей P₁ + P₂

[М. Певунов]

Меня в этой картинке  одно смущает.
Почему источник сферический, а щели раздвинуты.
Фейман был умный и хитрый.
Он не показал какое  расстояние должно быть между Щелями для дифракции
электронов.
Потом оказалось, что не более межатомного расстояния в кристалле.
У меня более простое эффекта Фэйнмана.
В стенке две двери.
Идет пьяный мужик по синусоиде.
Если его амплитуда качания  (Волна Де Бройля),  будет меньше  размаха дверей, то он попадет, или в ту дверь, или в другую.А ежели больше, то нвука будет считать :)

[Геннадий Бражник]

простая иллюстрация корпускулярно-волнового дуализма. Корпускулярные свойства проявляют частицы, а волновые свойства - среда в которой происходит движение частицы. Поставив дифракционную решетку из импульсного фронта волны пространства движения одной частицы, испускаемой электронной пушкой, мы получаем две волны, которые и интерферируют. Обычно частицы среды масштабируются в 1000 раз по отношению к частице и все зависит от начального импульса частицы и порога чувствительности среды, тем более, что свободные электроны образуют ток смещения в пространстве. Поэтому это не квантовая механика, а эфиродинамика Ньютона и Максвелла. Для современной эфиродинамики нет необходимости ставить какие-то специальные эксперименты. Все поставленные научные эксперименты трактуются (объясняются) в пользу теории эфира :)

[Slava Parkov]

Схема, действительно, не учитывает никаких эффектов кроме волновой функции.
Однако, при проведении эксперимента, полученная картинка учитывает все эффекты.

Для окончательных выводов не хватает картинки, которая получается при наличии датчика прохождения электрона через определенную щель, то есть картинки, соответствующей P₁ + P₂

P₁ и P₂ на левом графике, это как раз и есть вероятности прохождения через каждую щель, а их сумма через обе щели, когда известно через какую щель прошла частица (в реяльном эксперименте одна щель закрывалась и мерялись вероятности).

Был еще более интерсный опыт, когда вместо электронов летели тяжелые молекулы и для определения того, через какую щель прошла молекула, поле подсвечивалось лазером, и мерялось рассеянье. Оказалось, что по мере уменьшения длинны волны света (увеличении точности определения, через какую щель прошла частица), интереференционная картинка сглаживалась, и когда длинна волны света стала такой, что можно было точно сказать через какую щель прошла частица, то она полностью сгладилась.

[Николай Григорьевич Зуб]

Две диафрагмы.


                   
               

В такой схеме краевые эффекты на распределение будут оказывать  намного меньшее влияние.

[Николай Григорьевич Зуб]

Схема, действительно, не учитывает никаких эффектов кроме волновой функции.
Однако, при проведении эксперимента, полученная картинка учитывает все эффекты.

В схеме две щели являются точечными источниками с излучением  формирующимся  учитывая краевые эффекты щелей и размер этих щелей.

[Олег]

P₁ и P₂ на левом графике, это как раз и есть вероятности прохождения через каждую щель, а их сумма через обе щели, когда известно через какую щель прошла частица (в реяльном эксперименте одна щель закрывалась и мерялись вероятности).

Был еще более интерсный опыт, когда вместо электронов летели тяжелые молекулы и для определения того, через какую щель прошла молекула, поле подсвечивалось лазером, и мерялось рассеянье. Оказалось, что по мере уменьшения длинны волны света (увеличении точности определения, через какую щель прошла частица), интереференционная картинка сглаживалась, и когда длинна волны света стала такой, что можно было точно сказать через какую щель прошла частица, то она полностью сгладилась.

Это все понятно.
Я писал о том, что хорошо бы дополнить схему картинкой такого распределения из которой видно, что полосы исчезают.

[Олег]

В схеме две щели являются точечными источниками с излучением  формирующимся  учитывая краевые эффекты щелей и размер этих щелей.

Совершенно верно.
Дело в том, что если бы электроны не были волной, то отсутствовали бы дифракция и интерференция электронов.

[Николай Григорьевич Зуб]

Дело в том, что если бы электроны не были волной, то отсутствовали бы дифракция и интерференция электронов.

Электроны не являются волной.

[evilimp]

Дело в том, что если бы электроны не были волной, то отсутствовали бы дифракция и интерференция электронов.

"Научный вакуум. Кризис в фундаментальной физике" Г.В.Николаев:

автором еще в 1967-68 гг. были поставлены демонстрационные эксперименты по ожидаемому наблюдению явления "дифракции" и "дифракционных колец" на экране при прохождении пуль через малые отверстия в обычном окружающем нас воздухе, то есть, что пуля тоже может вести себя как "волна", но уже не электромагнитная, а звуковая. Чтобы исключить влияние дополнительных эффектов, которые могут иметь место при больших скоростях, для экспериментов использовались пули от воздушного ружья со скоростью пули не более 100 м/с. Не останавливаясь на трудностях эксперимента, связанных с простреливанием пуль через малое отверстие диаметром 1 см. на расстоянии 3-х метров до мишени, при более чем 200 попыток было набрано порядка 30 точек на экране за мишенью, расположенном от мишени на расстоянии 5 м. В результате эксперимента было обнаружено, что вокруг геометрической проекции отверстия мишени на экран, отметки пуль выстраивались с заметной кольцевой дискретностью вокруг центра в тех местах, куда пуля по прямой линии попасть явно не может. Конечно желательно было бы проведение этого эксперимента в специальных лабораторных условиях, а не на чердаке дома, как это было реализовано в свое время у автора. Но и этого результата, вместе с общими начальными теоретическими выводами, оказалось вполне достаточно, чтобы утверждать, что явление генерации движущейся элементарной частицей электромагнитных волн де-Бройля является не следствием того, что частица каким-то образом является одновременно и волной и частицей, а представляет собой обычный эффект генерации волн при движении частицы в материальной среде физического вакуума. Физика же взаимодействия генерируемых частицей волн с границами щели или отверстия мишени легко поддается обычному физическому пониманию и теоретическому анализу. При несовпадении оси симметрии отверстия с направлением движения частицы, генерируемые ей волны быстрее доходят до ближайшей границы отверстия и отражаясь от нее, возвращаются вновь к частице, производя на нее пондеромоторное отклоняющее воздействие в направлении к центру отверстия, что приводит в дальнейшем к смещению направления ее траектории движения уже за отверстием мишени и созданию структуры дифракционных колец.       Следовательно, если просто основываться на укоренившихся общепринятых концепциях дуализма "частица-волна", то мы практически лишаем себя возможности понять действительную физику взаимодействия движущейся частицы со средой физического вакуума и границами отверстия. Учет же реальных физических свойств вакуумной среды вынуждает нас отказаться от заведомо ограниченной и ошибочной концепции дуализма "частица-волна", которая просто исключает необходимость постановки вопроса о природе образования волн де-Бройля у движущейся частицы. Это один из наглядных примеров, когда навязанное офизичивание исходных понятий в теории приводит к грубым искажениям реальной действительности.

[Олег]

автором... было набрано порядка 30 точек на экране за мишенью...

Автор куда-то сильно спешил?
На картинке Паркова (b) 200 отметин от попаданий электронов, но это еще слишком мало, чтобы делать выводы.

Почему автор пренебрег возможностью выстрелить 10 тысяч раз, чтобы его эксперимент был мало=мальски убедителен?

[Slava Parkov]

Куда автор спешил - понятно, пули дорогие.
Но, что непонятно, почему кто-то решил, что кольца имееют какое-то отношение волнам. Подозреваю, что когда пуля проходит через отверстие, то ее отклоняет в сторону ближайшей стороны отверстия (закон Бернулли). Ситуация явно неустойчивая.