(2) Kvantefænomeners afhængighed af måling af dem – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > (2) Kvantefænomeners a...

24. juni 2008

(2) Kvantefænomeners afhængighed af måling af dem

Hej NBI
(Disse spørgsmål er et opklarende spørgsmål angående et tidligere svar på spørgsmålet under titlen "Kvantefænomeners afhængighed af målingen af dem".)

1) Det er højst sandsynligt mig, som ikke er helt med, men i den beskrivelse af dobbeltspalteforsøget, som beskrives i YouTube-videoen i det forrige svar, siges det, så vidt jeg forstår, bl.a., at der ved afskydning af blot een elektron ad gangen mod pladen med to spalter åbne dannes et interferensmønster, men illustrationen viser både, at der dannes to streger - et ikke-interferensmønster - såvel som et interferensmønster. I dit svar siges at "...i dette forsøg kan man lade elektronerne passere igennem eksperimentet enkeltvis. Dette ændrer ikke den matematiske beskrivelse - den er stadig en superposition, men den enkelte elektron producerer en enkelt prik på skærmen og ikke et udsmurt interferensmønster..." I videoen siges det også - hvilket ikke stemmer med at det også siges at der dannes et interferensmønster - at den enkelte elektron "...goes trough both slits, interferes with itself, and hits the screen as a particle..."

Spørgsmål
1a: Hvilket mønster dannes på skærmen, når kun een elektron affyres ad gangen? Hvis der affyres flere elektroner enkeltvis med et givet tidsinterval, dannes der så  et mønster i overensstemmelse med en ikke-interfererende partikel eller et mønster i overensstemmelse med interferens ? Og hvis det er det sidste som er tilfældet (efter et tidsrum med enkeltvist affyrede elektroner), hvor lang tid holder superpositionen (som muliggør det efterhånden dannede interferensmønster) sig så i rummet på stedet? Er det kun den første elektron der rammer skærmen som en partikel (og dermed efterlader et ikke-interferensspor) eller gør alle elektroner dette; og, i så fald, hvad består interferensmønsteret så i? Består det så i den samlede placering af de individuelle partikel-prikkers positioner på skærmen)?

2)

Spørgsmål 2a. Hvis der ved affyringen af den enkelte elektron ad gangen observeres et interferensmønster, hvordan kan man så vide, at den enkelte elektron i udgangspunktet var en partikel og ikke en bølge (eller fronten i en bølge?)? Og hvis der observeres en enkelt prik (i overensstemmelse med en ikke-interfererende partikel), hvordan kan man så vide, som det siges i videoen, at partiklen "...interferes with itself..."? (Partikler kan vel ikke interferere med sig selv, kun bølger?!) Og hvis den underliggende beskrivelse (teori) siger, at det ikke giver mening enten at opfatte den affyrede størrelse ("elektronen") som en bølge eller som en partikel, men at den må være begge dele på een gang, hvordan harmonerer det så med, at mønsteret på skærmen (ved affyringen af een bølge/partikel ad gangen) viser enten den ene eller den anden form for mønster?

3)

Spørgsmål 3a: Er det uforeneligt med observationerne at beskrive elektroner som bølger, hvis partikelform kun opstår ved bølgekollaps som følge af tilførslen af en vis mængde energi til bølgen (hviket sker ved bl.a. observation)?

Med venlig hilsen
T V A

 


 Kvantefænomeners afhængighed af måling af dem 2.

  • 1. Hvis der er to åbne spalter, så vil der efterhånden dannes et interferensmønster på pladen. Dette mønster er dannet af individuelle elektroner, som hver for sig kun bidrager med en enkelt prik på et tilfældigt sted. Dette er uafhængigt af, hvor længe der går mellem at elektronerne sendes afsted. Der kan gå timer eller der kan gå mikrosekunder mellem at elektronerne bevæger sig gennem opstillingen - fænomenet er det samme: hver elektron danner en prik et tilfældigt sted, og tilsammen danner prikkerne et interferensmønster.
  • 2. I den matematiske teoretiske beskrivelse af forsøget, beskrives elektronen som en bølge, og der er ikke på noget tidspunkt tale om, at elektronen danner en prik (med mindre man inddrager alle de øvrige atomer i opstillingens skærme og detektorer - noget jeg forsøgte at beskrive i det oprindelige svar). Bølgebeskrivelsen giver derimod med stor præcision det interferensmønster, som elektronernes prikker tilsammen opbygger. Dette er baggrunden for, at man siger, at teorien giver sandsynligheden for at en given elektron danner en prik et bestemt sted. Når man taler om, at 'elektronen bevæger sig gennem begge spalter og interfererer med sig selv', så er det i virkeligheden bare en lidt upræcis sproglig gengivelse af den meget præcise matematiske teori. Den underliggende matematiske teori har ikke udsagn som at det ikke giver mening enten at opfatte den affyrede størrelse ("elektronen") som en bølge eller som en partikel, men at den må være begge dele på een gang. Den slags er blot halvdårlige forsøg på at oversætte teorien til almindeligt sprog. Meget bliver så at sige'lost in translation'.
  • 3. Jeg synes godt man kan beskrive elektroner som bølger, hvis partikelform kun opstår ved bølgekollaps, men det har ikke noget at gøre med tilførsel af energi i forbindelse med observationen.

 

Med venlig hilsen
Per Hedegård, professor MSO