Тарасов Л.В. Основы квантовой механики (1185096), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Бессмысленность разговора об «ощущениях» электрона заставляет гризнат!и интерфс- рснцнонное распределение ! (х), наблюдаемое при обеих открытых щелях, связано с тем, то электрон проходит каким-то образом сразу через две щели. Однако от такого признания легче не становится, так как непонятно, как именно один электрон проходит сразу через две щели.
Можно, конечно, допустить, что электрон проходит сначала через одну щель, затем как бы возвращается — проходит через другую щель — и снова проходит через первую щель (получается этакая «петля», захватывающая обе щели). Можно, наконец, допустить, что вблизи щелей электрон пространственно «размывается» (делокализуется), частично проходит через одну щель, а частично через другую, и при попадании на экран-дстектор снова пространственно локализуется (получается временное расщепление электрона на две «поло- 74 випки»). Нет особой нужды доказывать искусственность обеих приведенных попыток наглядно смоделировать прохождение электрона через две щели. Искусственность таких попыток становится особенно очевидной, если обратиться к более сложным интерферометрам; так, в интерферометре Майкельсона пришлось бы, например, предположить, что одна «половинка» мпкрообъекта движется к одному отражающему зеркалу, а другая «полоВник໠— к другому (совсем в другую сторону).
Итак, интерфсренционная кривая 7(х) необычайно усложнила вопрос о характере прохождения микро- объекта через экран с двумя щелями. Если микрообъект проходит через одну щель, то либо не должно быть иятерференции, либо надо признать за микрообъектом таинственную способность «ощущать» соседнюю щель. Единственный разумный вывод, вытекающий из наличия интерференции, состоит в Рис. 7.3 том, что микрообъект проходит одновременно через две щели, хотя «механизм» такого своеобразного прохождения неясен. В данной ситуации мог бы, по-видимому, помочь прямой эксперимент в почему бы не попробовать «подглядеть», каким именно образом проходит электрон через экран с ~целями? Подобные эксперименты ставились.
Посмотрим же, что из этого получилось. Опыт 2 («подглядывание» за микрообъектами в интерферометре). Вообразим, что вблизи щелей А и В экрана 2 находятся источники света 4 и фотоприемники 5 (рис. 7.3), предназначенные для «подглядывания» за прохождением электрона через экран с щелями (фотоприемники регистрируют свет, рассеянный электроном).
Если электрон проходит сразу через обе щели, то должны сработать одновременно оба фотоприемника. Если же электрон проходит через одну какую-либо щель, то сработает один фотоприсмник; при этом заодно будет 75 выяснено, через какую именно щель прошел данный электрон. Итак, поместим в точку 1 источник элеКтронов, включим исзочпики света 4 н понаблюдаем зз' фотоприемниками 5. Вудем полагать, по электроны проходят через установку поодиночке: источник испускает очередной электрон уже после того, как предыдущий электрон достиг экрана-детектора. Что жс показывает опыт? Оказывается, всякий раз срабатывает только один фотоприезпшк (либо левый, либо правый) и никогда не срабатывают оба фотоприемника одновременно. Получается, что электрон проходит пс через две, а через одну щель.
При этом всякий раз мы может указать, через какую именно щель прошел тот или иной электрон. Значит, скажет читатель, для объяснения интерференции придется снова начинать разговор о том, что электрон, проходя через щель, таинственным образом «ощущает» соседнюю щель. Не будем, однако, торопиться с заключениями, а сначала доведем опыт до конца— получим достаточно большое число, попаданий электронов на экране-детекторе 3 и посмотрим, как распределятся эти попадания.
Вот тут-то нас и ожидает сюрприз! На экране 3 обнаруживается не интерферснционпая кривая !(х), а суммарная кривая Уз(х) Повторим опыт, выключив источники света (и тем самым лишив себя возможности «подглядывать» за прохождением электронов через щели). В этом случае опять будет наблюдаться интерферепциопная кривая )(х). Ситуация такова, что при выключенных источниках света интерференция есть, а прн вкл1оченных источниках интерференции нет. Как только мы начинаем «контролировать» процесс прохождения электронов через две откргятые щели, интерференция исчезает.
Иначе говоря, наше наблюдение за поведением электронов вблизи щелей разрушает иытсрферсыишо~ Впрочем, изменение характера движения электронов прп вкшочеппн источников света имеет простое физическое объяснение: это изменение есть результат столкновений фотонов с «коптролируемымн» электронами. В процессе измерения всегда неизбежно какое-то воздействие па исследуемый объект.
Здесь важно лишь одно— можно ли указанное воздействие сделать достаточно слабымй Может быть, рассмотренный выше опыт был 76 слишком грур? Может быть, надо попробовать понаблюдать за элск)1ропамп как-то поделикатнее — зак, чтобы при этом иптефсреицио.шая картшш пе разрушалась? ((о как уэепьшить эффект воздействия фотона иа электрон? Очсвйдпо, что уменьшение иптенсивностп источников света прчего не даст — интенсивность света связана с числом фйтонов в пучке, так что при уменьшении интенсивности иа4иет попросту расти количество «незарегистрированных» электронов.
)-!адо уменьшать энергию отдельного фотона. Одна- ко для этого придется увеличивать длину волны излучения; в результате будет расти пространственная делокализация фотопа (фотои локализован в пространстве с точностью до длины волны), так что при длине волны, превышающей расстояние между щелями, фотоп оказывается уже не в состоянии фиксировать конкретную щель. Но, может быть, можно Рвс. 7.4 придумать какой-нибудь другой опыт — без использования рассеяния фотонов па электронах? Нельзя лп, например, попробовать сконструировать фантастически легкий экран с щелями так, чтобы оп мог перемешаться влево и вправо в результате ударов отдельных электронов? Если электрон проходит через левую щель, экран получит отдачу влево, если через правую щель, то вправо (рис.
7.4); если же электрон проходит через две щели сразу, экрап не должен вообще смещаться. Таким образом, остается лишь проследить за перемещениями экрана. Казалось бы, по крайшей мере в принципе цель достигнута — придуман требуемый деликатный эксперимент. Однако ставить такой эксперимент ие имеет смысла. Чтобы убедиться в этом, вспомним соотношение неопределенной для импульса и координаты. Из этого соотношения следует, что если условия опыта действительно позволяют зарегистрировать обусловлен ный отдачей от электронного удара импульс экрана, то эти же условия должны приводить к неопределенности положения экрана ва ливии 00 (рис.
7.4). Следовательно, смсщеппя такого экрана вс позволяют сдетать каких- 77 либо определенных заключений о характере,Прохождения электрона через щели. С другой стороны, если фиксировать положение экрана на линии 00, то, иак ле~ко сообразить, станет невозможным измерение импульса его отдачи. Было прсдпринято много попыток придумать такой опыт, в котором можно было бы «прокоитролпровггть» прохождение электронов через экран с щелями, не воздействуя слишком сильно на сами электроны (так, чтобы не разрушалась интерференция). Однако все этн попытки оказывались неудачными. В результате остается признать, что сделанное выше заключение о том, что наблюдение за поведением электронов вблизи щелей разрушает интерференцию, имеет принципиальный характер. Иными словами, разрушающий интерференцию эффект наблюдения (измерения) нельзя устранить в принципе.
ЧИТАТЕЛЬ: Значит, мы так и не смогли выяснить, как именно проходит электрон через экран с щелями — через одну щель илн сразу через обе щели? АВТОР: Действительно, не смогли. ЧИТАТЕЛЬ: Но тогда принципиальный опыт 2 пе доспгг цели! Нужно ли было его рассматривать? АВТОР: Нужно. Опыт не дал ответа иа поставленный нами вопрос. Ну и что же? Зна шт, вопрос был поставлен некорректно. ?Аы видим, что не всякий вопрос можно задавать природе.
ЧИТАТЕЛЬ; В этом вегативном резулыате и весь смысл опыта? АВТОР: Это уже немало. Однако, как мы увидим позднее, здесь содержится также и позитивный результат колоссальной важности. Поистине искали одно, а нашли другое. ЧИТАТЕЛЬ: Что же именно? АВТОР: Не будем торопиться. Рассмотрим сначала до конца нашу систему принпипиальных опытов. Краткая имтермедия. „Шг?л 8 молгмату, Попал 8 другую..." А. С.
Грибоедов («!оре ог гыга») 78 Опыт 3 Г)прохождение фотонов через поляризаторы). Г!ропустим пучок света через поляризатор, например кристалл турь)алина. Из кристалла выйдет линейно поляризованный световой пучок. Направление поляризации пучка опредсля~тся ориентацией поляризатора относительно пучка (направление поляризации совпадает с направлением оси пОляризатора).
Обозначим интенсивность линейно поляризованного светового пучка через !. Далее поместим на пути линейно полярнзованного пучка света второй поляризатор и рассмотрим следуюРис. 7.5 щие три случая: а — ось второго поляризатора параллельна оси первого, б — ось второго поляризатора перпендикулярна осп первого, в — ось второго поляризатора составляет угол а с осью первого. Будем измерять интенсивность света после второго поляризатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
