¿Qué vieron los científicos en el experimento de interferencia de doble rendija? ¿Da realmente miedo?

¿Pero todo esto porque los científicos llevan cientos de años buscándolo? ¿Luz? El misterio llevó a la gente a ver un mundo diferente y catalizó la mecánica cuántica que volvió a cambiar el mundo. El proceso fue largo e ilustre. Hoy, echemos un vistazo a la inspiración que podemos obtener de él.

Galileo comenzó a estudiar la luz.

Todos sabemos que la luz trae luz al mundo. Sin luz, no podemos ver y nuestro mundo no existiría. Pero desde la antigüedad la gente no ha prestado atención a la luz, porque la luz siempre ha existido, y es algo que siempre existirá y morirá para siempre. Algo tan sencillo que pasa desapercibido. No fue hasta que Galileo, el creador de la ciencia experimental moderna, sintió curiosidad por la velocidad de la luz y comenzó a medirla, que algunas propiedades de la luz comenzaron a atraer la atención de la gente.

El método de medición de Galileo era muy primitivo. Él y sus discípulos estaban parados en dos colinas a una milla de distancia, cada uno sosteniendo una linterna y usando un cronómetro para contar la distancia entre cada uno sosteniendo una linterna. Su intento de medir la velocidad de la luz a 300.000 kilómetros por segundo de esta forma tan tosca fue, por supuesto, en vano. Pero creía firmemente que la luz tenía velocidad, pero extremadamente rápida.

Galileo no conocía la velocidad de la luz, pero despertó la curiosidad del mundo sobre la velocidad de la luz. Generaciones de científicos continuaron mejorando el método para medir la velocidad de la luz y finalmente determinaron la velocidad exacta de la luz en la década de 1980, es decir, la velocidad de la luz C = 299.792.458 m/s (metros por segundo). Desde que se midió la velocidad de la luz, la gente no sólo se interesó por la velocidad de la luz, sino que también comenzó a explorar las propiedades de la luz.

Una exploración de la naturaleza de la luz.

El filósofo, matemático y científico francés René fue el primero en postular sobre la naturaleza de la luz. Descartes propuso dos hipótesis sobre la luz en su libro "Pensamiento correcto y método de descubrimiento de verdades científicas" (denominado Metodología) publicado en 1637. Una es que la luz es una sustancia similar a las partículas y la otra es que la luz es una especie. de luz. ¿Éter? Presión mediática. No dijo explícitamente que la luz sea una onda, pero allanó el camino para el debate posterior entre la teoría de partículas y la teoría ondulatoria de la luz.

En 1655, Grimma, profesor de matemáticas de la Universidad de Bolonia, descubrió el fenómeno de difracción de la luz y concluyó que la luz puede ser un fluido similar a las ondas del agua. A través de experimentos con imágenes estenopeicas, concluyó además que la luz es un fluido que puede fluctuar. De hecho, había obtenido las franjas de interferencia de la luz a través de dos experimentos con pequeños agujeros, pero no se dio cuenta de que se trataba del fenómeno de interferencia de la luz de doble rendija, solo pensó que era la onda de luz. Se le puede considerar el primer defensor de la teoría de la fluctuación de la luz.

En 1663, el científico británico Boyle descubrió que el color no es una propiedad del objeto en sí, sino el efecto de la luz. Primero registró las rayas de colores que deja la luz sobre las pompas de jabón y las bolas de cristal, lo que confirmó aún más la afirmación de Grimm. Poco después, el físico británico Hooke repitió el experimento de Grimm y examinó las pompas de jabón. ¿Es la luz sólo una onda longitudinal del éter? La hipótesis de que el color de la luz está determinado por su frecuencia.

En 1672, Newton publicó un artículo "Una nueva teoría de la luz y el color", describiendo su experimento de dispersión de la luz: en una habitación oscura, dejaba pasar la luz del sol a través de un agujero en un prisma, y ​​en el lado opuesto La pared adquiere un espectro de colores. Creía que la luz blanca compuesta era como partículas de diferentes colores mezcladas y separadas por descomposición en un prisma. A partir de esto, estableció la teoría de partículas de la luz, creyendo que la luz está compuesta de partículas de diferentes colores.

El debate entre la teoría ondulatoria de la luz y la teoría de partículas.

Boyle, Hooke y otros descubrieron el color de la luz, lo que pareció ser el detonante del debate entre la teoría ondulatoria y la teoría partícula de la luz. Este debate se ha prolongado durante 200 años.

En 1672, el Comité de Revisión de la Royal Society compuesto por Hooke y Boyle rechazó el artículo de Newton "Un nuevo tratado sobre la luz y el color". El presidente de este comité era Hooke, lo que despertó el espíritu controvertido de Newton. Al principio, no negó completamente la teoría ondulatoria, ni estaba paranoico con la teoría de las partículas, sino que comenzó a refutar la teoría ondulatoria.

En 1675, Newton reiteró su teoría de partículas y refutó la teoría ondulatoria de Hooke en el artículo "Una hipótesis para explicar la naturaleza de la luz mencionada en varios de mis artículos". Pero en este momento ninguna de las partes ha formado una teoría completa y el debate aún no se ha desarrollado por completo.

Más tarde, también se sumó al debate el célebre astrónomo, físico y matemático holandés Huygens. Mientras era miembro de la Academia de Ciencias de París, Huygens fue a Inglaterra y conoció a Newton. Intercambiaron opiniones sobre la naturaleza de la luz y los dos maestros se admiraron mutuamente. Sin embargo, después de que Huygens regresó a París, repitió y estudió los experimentos ópticos de Newton y también estudió cuidadosamente el primer experimento de Grimm. Creía que muchos fenómenos no podían explicarse mediante la teoría de partículas, por lo que finalmente apoyó la teoría ondulatoria de Hooke, lo que le llevó a desacuerdos con Newton.

En 1678, Huygens presentó el libro "Light Wheel" a la Academia de Ciencias de París, exponiendo sistemáticamente la teoría ondulatoria de la luz y convirtiéndose en el proponente de la teoría ondulatoria completa. Ese mismo año pronunció un discurso oponiéndose a la teoría de partículas. Creía que la luz es una onda mecánica y que las ondas de luz son ondas longitudinales que se propagan a través de portadores materiales. ¿Cuál es el medio? ¿Éter? . Según esta teoría, demostró las leyes de reflexión y refracción de la luz, reveló perfectamente los fenómenos de difracción y birrefringencia de la luz, y ¿los famosos? ¿Los anillos de Newton? experimento.

En 1990 se publicó oficialmente la teoría de la luz de Huygens, y Huygens nunca dejó de promover la teoría ondulatoria. Dijo que si la luz está hecha de partículas, estas chocarán entre sí durante la propagación, lo que definitivamente hará que cambie la dirección de propagación de la luz. Este no es el caso. Newton refutó esto con dos argumentos: en primer lugar, si la luz fuera una onda, sortearía obstáculos como las ondas sonoras y no produciría una sombra, en segundo lugar, la teoría ondulatoria no podía explicar la birrefringencia del Iceberg; . Además, Newton también amplió la visión de partículas de la materia a toda la naturaleza y la integró con su propio sistema de mecánica de partículas, fortaleciendo el estatus de la teoría de partículas.

En el proceso de refutar la teoría ondulatoria, Newton también estableció gradualmente una teoría completa de partículas. Estos puntos de vista quedaron reflejados en su obra óptica "Óptica", publicada en 1704. Para entonces, tanto Huygens como Hooke estaban muertos y la teoría ondulatoria era indiscutible. Newton se convirtió a partir de entonces en un monopolio. A medida que su prestigio aumentó, la gente comenzó a adorarlo y admirarlo, creyendo firmemente en sus conclusiones sin cuestionarlas. Como resultado, la teoría de partículas de Newton ocupó un dominio absoluto durante todo el siglo XVIII.

El descubrimiento del efecto fotoeléctrico supuso un gran avance en la comprensión de la naturaleza de la luz.

El incomparable estatus académico de Newton impidió que la teoría de partículas que fundó fuera cuestionada durante más de 100 años, y las teorías ondulatorias de Huygens y Hooke fueron gradualmente olvidadas. Este estado duró hasta principios del siglo XIX. ¿El médico y físico británico Thomas? El experimento de la doble rendija de Yang fue como una piedra arrojada a aguas tranquilas, provocando ondas en la olvidada teoría de las ondas una vez más.

Thomas es un hombre extraño con un amplio abanico de conocimientos. Tiene altos logros en mecánica, matemáticas, óptica, acústica, lingüística, zoología, arqueología, etc. También disfruta mucho de la vida, tiene un gran interés en el arte y las bellas artes, sabe tocar varios instrumentos musicales, es bueno montando a caballo y camina sobre la cuerda floja.

En el experimento de la doble rendija de Thomas, la velocidad de la luz coherente se propaga desde la fuente de luz e ilumina un deflector opaco con dos rendijas grabadas en él. Se coloca una película fotográfica o algún tipo de pantalla de detección detrás del deflector para obtener negro y blanco. rayas blancas. El patrón de interferencia del haz de luz que se muestra está en línea con el principio de superposición seguido de ondas de luz difractadas. Es un comportamiento ondulatorio que no puede explicarse por la teoría de las partículas de luz de Newton, que simplemente confirma la naturaleza ondulatoria de la luz.

Sin embargo, el experimento de Thomas pareció trascendental, pero no atrajo suficiente atención por parte de la comunidad física, ni resolvió por completo las contradicciones y controversias entre la teoría de partículas y la teoría de ondas. En ese momento, el electromagnetismo ya estaba en auge y nacieron varios gigantes ópticos y electromagnéticos, como Neifeld, Maxwell y Hertz, que asumieron la importante tarea de lograr avances teóricos.

¿Agustín? simple. Nephil estableció el principio de Huygens-Fresnel en una nueva forma cuantitativa y perfeccionó la teoría de la difracción de la luz. Jaime. Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnéticas, propuso las ecuaciones de Maxwell, calculó que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la velocidad de la luz y así propuso la conjetura de que las ondas de luz son ondas electromagnéticas. Hertz demostró la existencia de ondas electromagnéticas y confirmó; A través de experimentos se demuestra que las ondas electromagnéticas son ondas transversales y tienen características similares a la luz. Reflexión, refracción, difracción y otras propiedades, se propone el efecto fotoeléctrico.

La comprensión que la gente tiene de la luz se acerca cada vez más a su esencia.

¡A través del estudio de la fotoelectricidad, la teoría cuántica ha pasado a primer plano!

Einstein fue pionero en la dualidad onda-partícula de la luz.

La teoría de la relatividad de Einstein se ha convertido en la piedra angular más importante de la física moderna y se habla mucho de ella, pero mucha gente no sabe que él también tiene otro gran aporte, ¿es decir? ¿La ley del efecto fotoeléctrico? Esta teoría fue elaborada en su artículo "Una visión especulativa sobre la generación y transformación de la luz", por el que ganó el Premio Nobel de Física en 1921.

Este artículo publicado en 1905 propuso una explicación cuántica de la luz del efecto fotoeléctrico. La gente empezó a darse cuenta de que las ondas de luz tienen las propiedades duales de ondas y partículas al mismo tiempo. Después de cientos de años de debate, resulta que nada está bien. Resulta que la luz tiene partículas y ondas. Sería feliz si supiera que estas dos teorías van juntas.

Por supuesto que no es tan sencillo. No es que Einstein se aprovechara, sino que demostró las leyes de movimiento de los cuantos de luz mediante una estricta lógica matemática basada en experimentos anteriores, ¿y propuso? ¿La ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein? Se demostró que la energía del fotón es igual a la frecuencia multiplicada por la constante de Planck y se propuso la relación entre el momento del fotón y la longitud de onda: p=h/? .

Sobre esta base, rápidamente estableció la teoría más innovadora de la relatividad especial.

En 1924, ¿de Broglie propuso? ¿Olas de materia? Suponiendo que toda la materia tiene dualidad onda-partícula como la luz, los electrones también tendrán interferencia, difracción y otras fluctuaciones. Extendió la relación de Einstein entre el momento del fotón y la longitud de onda a todas las partículas microscópicas y creía que las partículas en movimiento con masa m y velocidad v también fluctúan. La longitud de onda de esta onda es igual a la relación entre la constante h de Planck y el momento de la partícula mv, es decir. = h/(mv). Experimentos posteriores de difracción de electrones confirmaron su suposición.

En este punto, todo se volvió cada vez más claro, pero entonces sucedió algo extraño.

Dado que los fotones y todas las partículas microscópicas tienen dualidad onda-partícula, se retomó el llamado experimento de la doble rendija y la gente empezó a observarlo más de cerca. Con la mejora continua de los métodos de observación, han aparecido una serie de fenómenos extraños. Los resultados de diversos experimentos obtenidos son los siguientes:

1. El fenómeno de interferencia no se limita a partículas básicas como fotones, electrones, protones y neutrones. Cualquier partícula puede producir fenómenos de interferencia, e incluso algunos macromoleculares. estructuras como los fullerenos también producen fenómenos de interferencia similares.

2. Un solo electrón emitido solo también interferirá, lo que demuestra que un solo electrón parece ser capaz de penetrar dos rendijas al mismo tiempo e interferir consigo mismo.

3. Utilice un detector para observar por qué rendija pasa el fotón y obtener la información de la ruta del fotón, lo que hará que la interferencia desaparezca y el fotón ya no muestre un comportamiento ondulatorio, sino que permanezca en la pantalla de fondo en la forma de partículas.

4. La conclusión de los experimentos de retardo y borrado cuántico es que la detección de la información de la ruta del fotón eliminará la rejilla de interferencia de la pantalla de fondo. Si se borra la información de la ruta, se restaurará la rejilla de interferencia.

5. Después de que dos fotones entrelazados se separan a una gran distancia, observar la información de la ruta del fotón A afectará inmediatamente el comportamiento del fotón B, y el patrón de interferencia desaparecerá de manera similar, observar el fotón B también afectará; a.

Las observaciones de este experimento de la doble rendija se han estudiado durante todo un siglo, dando lugar a la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica y generando controversia durante casi un siglo. Este debate es entre los fundadores de la mecánica cuántica, Einstein y Schrödinger, y la Escuela de Copenhague, como Bohr, Heisenberg, Born, Heisenberg y Pauli, que también son maestros de la mecánica cuántica.

La Interpretación de Copenhague y el Gato de Schrodinger.

La Interpretación de Copenhague es una escuela de pensamiento fundada por Bohr y Heisenberg en la Universidad de Copenhague que explica algunos fenómenos extraños en el mundo microscópico cuántico, incluida la dualidad cuántica onda-partícula, el principio de incertidumbre y el principio de incertidumbre. principio de descripción de la función de onda, etc. Es decir, la cuántica siempre presenta un estado de superposición de ondas y partículas, y los humanos no pueden conocer el momento y la posición de las partículas microscópicas al mismo tiempo. El efecto de medición colapsará la función de onda del estado de superposición, y el estado de superposición cuántica original colapsará en un estado cuántico que permita la medición.

Todas estas teorías se pueden ver a partir de los resultados experimentales de la doble rendija mencionados anteriormente, que son fenómenos reales y extraños en el mundo microscópico. No parece haber nada malo en la Interpretación de Copenhague. Pero Einstein y Schrödinger, ambos maestros de la mecánica cuántica, mostraron puntos de vista diferentes. Creen que esta explicación son sólo algunos fenómenos superficiales del mundo cuántico, por lo que la teoría cuántica está incompleta. Debería haber un mecanismo regular que no hemos descubierto, ¿cuál es el llamado? ¿Variables ocultas completamente locales? Mientras encontremos este punto, podremos comprender las leyes del movimiento cuántico.

Para refutar el principio de incertidumbre de la interpretación de Copenhague y la teoría del colapso de la función de onda, Schrödinger obtuvo un? ¿gato? ¿Experimento mental famoso? ¿El gato de Schrödinger? . Este experimento supone que un gato mantenido en una caja cerrada puede ser liberado y envenenado en cualquier momento. Interruptor de control de elementos radiactivos. Cada vez que este elemento radiactivo se desintegra, se activa un interruptor que libera un veneno que mata al gato. Los elementos radiactivos se desintegran aleatoriamente y nadie sabe cuándo se desintegrarán. Por lo tanto, nadie sabe si el gato está vivo o muerto hasta que lo saca de la caja. Sólo abriendo la caja la gente puede ver si el gato está vivo o muerto.

Esto es interesante. La clásica escuela controlable representada por Schrödinger cree que la vida o la muerte del gato se decide mucho antes de que se abra la caja. Abrir la caja sólo para saber si el gato está vivo o muerto no determina su vida o muerte. La Escuela de Copenhague cree que los gatos se encuentran en un estado de superposición de vida y muerte antes de ser sacados de la caja, y pueden estar vivos o muertos. Lo que determina su vida o muerte final es la observación de unboxing, es decir, el estado de superposición colapsa en un estado de costo.

Finalmente, este argumento se demuestra mediante el experimento de desigualdad de Bell. ¿Teoría de la variable latente completamente local? Si no existió, ganó la interpretación de Copenhague y desde entonces ha sido considerada ortodoxa por la corriente principal de la comunidad científica. ? ¿El gato de Schrödinger? Fue Schrödinger quien quiso utilizar un experimento mental de este tipo para convertir el principio de incertidumbre del mundo microscópico en el principio de incertidumbre del mundo macroscópico. En el mundo macroscópico, ¿esto es justo? ¿gato? Por supuesto, esto va en contra de la lógica, pero el mundo microscópico tiene sus propias leyes especiales. Es la mecánica cuántica la que revela estas leyes especiales, que han conducido a avances disruptivos en la comprensión humana del mundo.

En resumen, el experimento de interferencia de doble rendija juega un papel importante y crítico en el desarrollo de la mecánica cuántica. Esto me recuerda al antiguo filósofo, matemático y físico griego Arquímedes: Dame un punto de apoyo y podré mover la tierra. Han pasado miles de años y los humanos aún no han encontrado este punto de apoyo. Pero el experimento de la doble rendija parece haber dado un punto de apoyo a la mecánica cuántica, permitiendo a los humanos descubrir un mundo completamente diferente.

Así que el experimento de la doble rendija no da miedo. Sólo explorando los secretos más profundos del mundo y descubriendo cada vez los secretos más profundos de la naturaleza podremos traer más felicidad a la humanidad. El estudio de la mecánica cuántica acaba de comenzar y aún quedan muchos misterios por explorar en profundidad. Entonces, ¿qué dijo Einstein sobre el mundo? ¿Dios no juega a los dados? ¿O Bohr, Heisenberg, etc.? ¿Dios realmente está jugando a los dados? Entonces qué. Para saber la respuesta, tendremos que esperar y ver.

Eso es todo. Bienvenido a participar en la discusión. Gracias por leer.

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