2006-04-03, 18:42
#13
Citat:
Detta är hur fascinerande som helst! Finns det några teorier på hur fotonen kan veta om den blir observerad?
Ursprungligen postat av evolute
Ingen har väl sagt att fotoner är konkreta partiklar, men de uppvisar definitivt partikelegenskaper. Nedan följer en beskrivning av hur ljuset uppvisar både partikel- och vågegenskaper.
Antag att vi har en två skärmar framför en ljuskälla. I den första skärmen gör du två små springor bredvid varandra.
Täck över ena springan. Nu kommer du få ett ljusmönster på den bakre skärmen som är starkast precis bakom springan och sedan avtar åt sidorna.
Öppna båda springorna. Nu går ljuset genom både springorna och du kommer att få ett inteferensmönster på den bakre skrämen som har formen av omväxlande intensitetsmaximum och intensitetsminimum som avtar åt sidorna. Detta mönster uppkommer av ljusets vågnatur och samma mönster skulle du få med vattenvågor eller ljudvågor.
Nu ska vi göra det liter mer intressant. Antag att du ersätter den bakre skrämen med en extremt känsligt fotodetektor och att du kan minska intensitetet på din ljuskälla kontinuerligt ned mot noll.
Täck över ena springan. Sänker du nu intensiteten tillräckligt så kommer fotodetektorn inte att att mäta ett uniformt ljusflöde utan ljuset ankommer bara i små paket separerade i tid, dessa är fotoner. Låter du experimentet pågå länge kommer du dock få precis samma fördelning som i föregående fall - ett maximum av fotoner i mitten och sedan avtagande åt sidorna. Samma mönster skulle du få om du står och skjuter med ett maskingevär mot springan. Detta experiment visar hur ljuset beter sig som partiklar.
Öppna båda springorna. Nu kommer det fantastiska: fastän fotonerna åker en och en med ex. en separation på 30 sekunder så kommer du att få ett interferensmönster på skärmen. Men för att vi ska få interferens måste ju fotonen gå genom båda springorna samtidigt. Hur kan en partikel gå genom både springorna samtidigt? Säg att vi sätter någon typ av mätare vid ena springan för att se vilka fotoner som går genom denna springa. Då försvinner interferensmönstret!
Den kvantmekaniska förklaringen på detta fenomen är att fotonen befinner sig i ett överlagrat tillstånd. Den mest fundamentala egenskapen för fotonen är dess vågfunktion som bestämmer sannolikheten för att fotonen är på olika platser (och i olika tillstånd). Så länge vi inte stör fotonen (som när vi försöker mäta vilken springa den går genom) så åker alltså fotonen med lika stor sannolikhet genom båda springorna och kan därför interferera med 'sig själv'. Ett annat sätt att säga detta är att så länge vi inte försöker titta på fotonen så är den en våg men så fort vi mäter dess tillstånd så blir den en partikel.
Antag att vi har en två skärmar framför en ljuskälla. I den första skärmen gör du två små springor bredvid varandra.
Täck över ena springan. Nu kommer du få ett ljusmönster på den bakre skärmen som är starkast precis bakom springan och sedan avtar åt sidorna.
Öppna båda springorna. Nu går ljuset genom både springorna och du kommer att få ett inteferensmönster på den bakre skrämen som har formen av omväxlande intensitetsmaximum och intensitetsminimum som avtar åt sidorna. Detta mönster uppkommer av ljusets vågnatur och samma mönster skulle du få med vattenvågor eller ljudvågor.
Nu ska vi göra det liter mer intressant. Antag att du ersätter den bakre skrämen med en extremt känsligt fotodetektor och att du kan minska intensitetet på din ljuskälla kontinuerligt ned mot noll.
Täck över ena springan. Sänker du nu intensiteten tillräckligt så kommer fotodetektorn inte att att mäta ett uniformt ljusflöde utan ljuset ankommer bara i små paket separerade i tid, dessa är fotoner. Låter du experimentet pågå länge kommer du dock få precis samma fördelning som i föregående fall - ett maximum av fotoner i mitten och sedan avtagande åt sidorna. Samma mönster skulle du få om du står och skjuter med ett maskingevär mot springan. Detta experiment visar hur ljuset beter sig som partiklar.
Öppna båda springorna. Nu kommer det fantastiska: fastän fotonerna åker en och en med ex. en separation på 30 sekunder så kommer du att få ett interferensmönster på skärmen. Men för att vi ska få interferens måste ju fotonen gå genom båda springorna samtidigt. Hur kan en partikel gå genom både springorna samtidigt? Säg att vi sätter någon typ av mätare vid ena springan för att se vilka fotoner som går genom denna springa. Då försvinner interferensmönstret!
Den kvantmekaniska förklaringen på detta fenomen är att fotonen befinner sig i ett överlagrat tillstånd. Den mest fundamentala egenskapen för fotonen är dess vågfunktion som bestämmer sannolikheten för att fotonen är på olika platser (och i olika tillstånd). Så länge vi inte stör fotonen (som när vi försöker mäta vilken springa den går genom) så åker alltså fotonen med lika stor sannolikhet genom båda springorna och kan därför interferera med 'sig själv'. Ett annat sätt att säga detta är att så länge vi inte försöker titta på fotonen så är den en våg men så fort vi mäter dess tillstånd så blir den en partikel.
