Матеріалізм і квантовий ластик з відкладеним вибором

Ріс. 1. Налаштування оптичних шляхів, що застосовується на всіх малюнках цього поста. Важливо зазначити, що світло може поширюватися вздовж оптичних шляхів у будь-якому напрямку. Можливі шляхи вказано в Таблиці 1. Зверніть увагу, що позиція 0 призначена для сканування в напрямку X. Світло, що потрапляє в 0 через щілини або від 0 до щілин, йде шляхом, що виникає в результаті дифракції.

Подивимося на Рис. 1. Лінії позначають доступні для світла прямі шляхи. Показано чотири оптичних спліттери (ними можуть бути дзеркала з половинним срібленням, які половину падаючого на них світла відображають, а іншу пропускають). Цифрами відзначено п'ять позицій (0,1,2,3,4). Всі світлові шляхи, можливі в цьому пристрої, вказані в таблиці. Важливо зрозуміти, що світло, що починає або закінчує свій рух в позиціях 1 і 2, може проходити як через щілину A, так і через щілину B. З позиціями 3 і 4 справа йде інакше: світло, що починає або закінчує рух в позиції 3 (4), може проходити тільки через щілину A (В). 2. Встановлення з чотирма джерелами світла (_S1, _S2, _S3, _S4) і одним детектором _D0. Припустимо, що в будь-який момент часу включено лише одне джерело. Світло з джерел _S3 і _S4 проходить через тільки одну щілину, і, таким чином, картина дифракції, виявлена детектором _D0 при скануванні площини X, не буде мати інтерференційних смуг. З іншого боку, світло від _S1 або _S2 завдяки сплітерам здатне проходити через обидві щілини, що веде до появи візерунка, характерного для інтерференції. Діаграма простору-часу показує, що час _T1 руху до щілин більше часу руху від щілин до детектора.

Тепер розглянемо встановлення, зображене на Рис. 2. Тут світло випускають джерела S₁, S₂, S₃ і S₄. Залежно від того, яке джерело включено, детектор або фіксує інтерференційну картину (включено S₁ або S₂), або немає (включено S₃ або S₄).

Все це можна перевірити експериментально. Результат відповідатиме і законам класичної хвильової оптики, і законам квантової теорії - такій як механіка Копенгагена або Бома. Тут немає нічого особливого. Ріс. 3. Експеримент «стираючий постфактум (reversed) квантовий ластик». Мабуть, саме він описаний в [3]. Пунктирна лінія на діаграмі простору-часу проведена для порівняння з Рис. 2.

Розгляньмо Рис. 3, на якому представлена ідеальна модель експерименту «ластик з відкладеним вибором». Перш за все, слід зазначити, що конфігурація оптичних шляхів не змінилася. Ось тільки щілини повинні бути заповнені якимось легованим склом. Лазер накачування приводить атоми скла в збуджений стан, виходячи з якого вони випромінюють пару заплутаних фотонів. Закон збереження імпульсу змушує фотони летіти в протилежних напрямках. Детектори займають позиції 0, 1, 2, 3 і 4. Детектор D₀ може бути з'єднаний з будь-яким з інших детекторів (D₁, D₂, D₃, D₄) через лічильники збігів. Згідно з гіпотезою розробників даного експерименту, коли D₀ з'єднаний з D₁ або D₂, сканування D₀ в площині X призведе до того, що лічильники збігів покажуть наявність інтерференції, а коли D₀ з'єднаний з D₃ або D₄, цього не станеться.

Зрозуміло, що в експериментальну установку потрібно ввести елемент, що створює затримку зв'язку між D₀ і лічильником, щоб фотони спочатку потрапляли в D₀. Як альтернативу можна з високою точністю записувати, коли кожен з детекторів згенерував імпульс, і проводити посткореляційний аналіз, використовуючи відповідні лаги, щоб відфільтровувати незапутані фотони.

У [3] сказано, що гіпотеза підтвердилася, візерунки інтерференційного збігу були зафіксовані тільки при кореляції D₀ з D₁ і D₂.

Згідно з копенгагенською інтерпретацією цього результату, вся справа в тому, що, почувши клацання в D₃ або D₄, ми знаємо, яким шляхом рухалися фотони. У випадку D₃ вони пройшли через щілину A, а в разі D₄ - через щілину B. Саме наше знання про те, через яку щілину йшли фотони, перешкоджає появі інтерференційної картини при скорельованих за часом клацаннях D₀. Попахує моторошною містикою: оскільки T3 > T₂, знання, отримуване нами пізніше, ніж спрацьовує D₀, мабуть, впливає на те, як він спрацьовує.

Обговорення

Насамперед, слід зазначити, що закони оптики симетричні щодо обігу часу. Тобто, в чотиримірному просторі-часі при інверсії осі часу оптичний шлях не втрачає своїх властивостей. Симетричність щодо обігу часу має місце як в класичній теорії електромагнетизму, так і в теорії хвилі-пілота.

З цього випливає, що немає нічого лякаючого в тому, що в D₁ або D₂ виявлення фотонів постфактум генерує інтерференційні смуги за збігом, а в D₃ або D₄ не генерує. Подивіться на діаграму простору-часу на Рис. 3. Ми показали шлях від щілини до S₁ при інвертованому часі, що відповідає шляху від щілини до D₁ при часі, що йде вперед. За допомогою накачування лазером і заплутаного випромінювання фотонів шлях простору-часу, зображений на Рис. 2, повернувшись на 90 градусів, перетворився на шлях простору-часу, зображений на Рис. 3. Фотон, що випускається до D₀, невідгульний від фотона, що випускається відповідним джерелом на Рис. 2. Під час аналізу попереднього експерименту було легко переконатися, що тільки випромінювання, що йде від S₁ і S₂, може породжувати інтерференцію. Для перевірки потрібно вибірково включати окремі джерела. В експерименті під назвою «ластик» відповідні сполучені шляхи вибирає детектор збігів. Той факт, що в першому з цих експериментів подія в S_i відбувається раніше події в D₀, тоді як у другому експерименті все навпаки, не має значення. Від законів оптики потрібно лише накласти на простір-час симетричні обмеження.

На Ріс. 3 показано ліву частину дзеркала просторово-часової діаграми. Симетрія повинна дозволити нам побудувати таку конфігурацію, де обидві сторони діаграми простору-часу є дзеркальними відображеннями. Розгляньмо Рис. 4. Тут замість детекторів попереднього малюнка фігурують джерела світла, а замість лазера накачування - детектор, налаштований на довжину хвилі фотонів з подвійною енергією. Джерела слід розташувати з таким розрахунком, щоб джерело S₀ і вибране джерело (S₁, S₂, S₃ або S₄) випромінювали відповідним чином заплутані фотони. При цьому довжини оптичних шляхів потрібно підібрати так, щоб фотони ліворуч і праворуч потрапляли в щілину A або B в один і той же час. Одночасно опинившись у щілині, вони, як і при двофотонній конфокальній мікроскопії, стимулюватимуть випромінювання фотонів з подвійною енергією, частина з яких виявиться зафіксованою детектором. При скануванні S₀ в напрямку X ми в силу тимчасово симетрії аргументу будемо спостерігати флуктуації рівня надходження фотонів, коли оптичні шляхи налаштовані так, що заплутані фотони надходять в детектор через S0 і S1 або S2, і відсутність флуктуацій, коли заплутані фотони надходять через S0 і S3 або S4.Ріс. 4. Вдосконалений експеримент «ластик» з повністю зверненим часом.

Ув'язнення

Явища, що спостерігаються в експерименті «квантовий ластик з відкладеним вибором», - необхідний наслідок будь-яких квантованих законів оптики, симетричних щодо обігу часу. Для проведення цього експерименту існує, як було показано, сімейство установок з частковим або повним поводженням за часом оптичних шляхів. Ластик з відкладеним вибором можна за симетрією вважати вдосконаленим ластиком. Розглянуті нами експерименти жодною мірою не є доказом переваги копенгагенської інтерпретації КМ при порівнянні з іншими варіантами симетричної оптики, подібними теорії хвилі-пілота.

Зауважте, що наведені мною аргументи значною мірою навіяні міркуваннями на дану тему, які представлені в книзі Ха Прайса (Huw Price) Time's Arrow, Archimedes Point.

Література

[1] Jean Bricmont. Making sense of quantum mechanics, volume 37. Springer, 2016.
[2] Peter R Holland. The quantum theory of motion: an account of the de Broglie-Bohm causal interpretation of quantum mechanics. Cambridge university press, 1995.
[3] Yoon-Ho Kim, Rong Yu, Sergei P Kulik, Yanhua Shih, and Marlan O Scully. Delayed “choice” quantum eraser. Physical Review Letters, 84(1):1, 2000.

Вам може бути цікаво:

Розмірковуючи про мультивселену.