I gcroílár na meicnic chandamach

D'áitigh Richard Feynman, ceann de na fisiceoirí is mó den XNUMXú haois, gurb é an "turgnamh scoilt dhúbailte" an eochair chun meicniúlacht chandamach a thuiscint. Leanann an turgnamh coincheapúil simplí seo, a rinneadh inniu, le fionnachtana iontacha a thabhairt. Léiríonn siad cé chomh neamh-chomhoiriúnach leis an tuiscint is atá an mheicnic chandamach, rud a d’eascair sa deireadh leis na haireagáin is tábhachtaí le caoga bliain anuas.

Don chéad uair rinne sé turgnamh scoilte dúbailte. Tomás Óg (1) i Sasana go luath sa naoú haois déag.

Turgnamh Young

Baineadh úsáid as an turgnamh chun a thaispeáint gur de chineál tonnta é solas agus nach de nádúr corpusach é, mar a dúradh cheana. Isaac Newton. Léirigh Young go gcloíonn an solas idirghabháil - feiniméan arb é an ghné is tréithiúla é (beag beann ar an gcineál toinne agus an meán ina n-iolraíonn sí). Sa lá atá inniu ann, réitíonn meicnic chandamach an dá thuairim seo atá contrártha go loighciúil.

Lig dúinn a thabhairt chun cuimhne croílár an turgnaimh scoilt dhúbailte. Mar is gnách, is éard atá i gceist agam ná tonn ar dhromchla an uisce a scaipeann go comhlárnacha timpeall na háite inar caitheadh ​​an méaróg. 

Cruthaítear tonn ag suaitheantais agus trachanna comhleanúnacha a radaíonn ón bpointe suaite, agus achar tairiseach á choinneáil idir na suaitheantais, ar a dtugtar an tonnfhad. Is féidir bacainn a chur i gcosán na toinne, mar shampla, i bhfoirm boird le dhá shliotán caol gearrtha trína bhféadfaidh uisce sreabhadh go saor. Ag caitheamh méaróg isteach san uisce, stopann an tonn ar an gcríochdheighilt - ach ní leor. Iomadaíonn dhá thonn chomhlárnacha nua (2) anois go dtí an taobh eile den chríochdheighilt ón dá shliotán. Tá siad forshuite ar a chéile, nó, mar a deirimid, cur isteach ar a chéile, ag cruthú patrún tréith ar an dromchla. In áiteanna ina mbuaileann suaitheantas toinne amháin le suaitheantas toinne eile, treisíonn an bulge uisce, agus áit a mbuaileann an cuas leis an ngleann, méadaíonn an dúlagar.

2. Cur isteach ar thonnta a thagann as dhá shliotán.

I dturgnamh Young, téann solas aondathach a astaítear ó phointefhoinse trí scairt teimhneach le dhá scoiltíní agus buaileann sé an scáileán taobh thiar díobh (b'fhearr linn solas léasair agus CCD a úsáid inniu). Breathnaítear íomhá trasnaíochta de thonn solais ar an scáileán i bhfoirm sraith de stripes solais agus dorcha malartacha (3). Neartaigh an toradh seo an creideamh gur tonn a bhí i solas, sular léirigh fionnachtana go luath sna XNUMXidí gur tonn a bhí sa solas freisin. flux fótón is cáithníní éadroma iad nach bhfuil mais scíthe acu. Níos déanaí d'éirigh sé amach go bhfuil an mistéireach duality tonn-cháithnínía fuarthas den chéad uair le haghaidh solais freisin maidir le cáithníní eile a bhfuil mais acu. Ba ghearr go raibh sé ina bhunús le cur síos meicniúil chandamach nua ar an domhan.

3. Fís ar thurgnamh Young

Cuireann na cáithníní isteach freisin

I 1961, léirigh Klaus Jonsson ó Ollscoil Tübingen trasnaíocht na gcáithníní ollmhóra - leictreoin ag baint úsáide as micreascóp leictreon. Deich mbliana ina dhiaidh sin, rinne triúr fisiceoirí Iodálacha ó Ollscoil Bologna turgnamh cosúil leis trasnaíocht aon-leictreon (ag baint úsáide as biprism mar a thugtar air in ionad scoilt dhúbailte). Laghdaigh siad déine an léasa leictreoin go luach chomh híseal sin gur chuaigh na leictreoin tríd an déphrism ceann i ndiaidh a chéile, ceann i ndiaidh a chéile. Cláraíodh na leictreoin seo ar scáileán fluaraiseacha.

Ar dtús, dáileadh na rianta leictreon go randamach ar an scáileán, ach le himeacht ama chruthaigh siad íomhá trasnaíochta ar leith de na himill trasnaíochta. Dealraíonn sé go bhfuil sé dodhéanta go bhféadfadh dhá leictreon a théann trí na slits i ndiaidh a chéile ag amanna éagsúla cur isteach ar a chéile. Mar sin, ní mór dúinn é sin a admháil cuireann leictreon amháin isteach air féin! Ach ansin bheadh ​​ar an leictreon dul tríd an dá slits ag an am céanna.

D'fhéadfadh sé a bheith templóideach féachaint ar an bpoll trína ndeachaigh an leictreon i ndáiríre. Níos déanaí feicfimid conas breathnóireacht den sórt sin a dhéanamh gan cur isteach ar ghluaisne an leictreoin. Tharlaíonn sé go raibh má fhaigheann muid eolas faoi cad a fuair an leictreon, ansin an cur isteach ... imíonn! Scriosann an fhaisnéis “conas” cur isteach. An gciallaíonn sé seo go mbíonn tionchar ag láithreacht breathnóir comhfhiosach ar chúrsa an phróisis fhisiciúil?

Sula ag caint faoi thorthaí fiú níos mó iontas na dturgnaimh dúbailte-slit, beidh mé a dhéanamh digression beag faoi mhéideanna na rudaí cur isteach. Thángthas ar thrasnaíocht chandamach ar mhais réada ar dtús do leictreoin, ansin do cháithníní a bhfuil mais mhéadaitheach acu: neodrón, prótóin, adaimh, agus ar deireadh do mhóilíní móra ceimiceacha.

In 2011, briseadh an taifead maidir le méid réad, ar a léiríodh feiniméan na trasnaíochta candamach. Rinne mac léinn dochtúireachta na linne an turgnamh ag Ollscoil Vín. Sandra Eibenberger agus a chomhpháirtithe. Roghnaíodh móilín orgánach casta ina raibh thart ar 5 phrótón, 5 mhíle neodrón agus 5 mhíle leictreon don turgnamh le dhá bhriseadh! I dturgnamh an-chasta, breathnaíodh trasnaíocht chandamach an mhóilín ollmhór seo.

Dheimhnigh sé seo an creideamh go Cloíonn dlíthe na meicnic chandamach ní hamháin le buncháithníní, ach freisin le gach réad ábhartha. Ach dá chasta atá an réad, is ea is mó a idirghníomhaíonn sé leis an gcomhshaol, a sháraíonn a chuid airíonna candamacha subtle agus a scriosann éifeachtaí trasnaíochta..

Iontráil chandamach agus polarú solais

Tháinig na torthaí is iontas ar na turgnaimh dúbailte-slit as úsáid a bhaint as modh speisialta chun an fótón a rianú, rud nár chuir isteach ar a ghluaiseacht ar bhealach ar bith. Úsáideann an modh seo ceann de na feiniméin chandamach is aisteach, mar a thugtar air gabháil chandamach. Thug duine de phríomhchruthaitheoirí na meicnic chandamach faoi deara an feiniméan seo siar sna 30idí, Erwin Schrödinger.

An Einstein skeptical (féach freisin 🙂 ar a dtugtar iad gníomh ghostly i bhfad.

Cad atá i gceist leis an iarmhairt seo? Má idirghníomhaíonn dhá cháithnín atá cóngarach dá chéile ag am éigin ama chomh láidir sin lena chéile go gcruthaíonn siad cineál “caidrimh chúpla”, ansin maireann an gaol fiú nuair a bhíonn na cáithníní na céadta ciliméadar óna chéile. Ansin iompraíonn na cáithníní iad féin mar chóras amháin. Ciallaíonn sé seo, nuair a dhéanaimid gníomh ar cháithnín amháin, go dtéann sé i bhfeidhm láithreach ar cháithnín eile. Mar sin féin, ar an mbealach seo ní féidir linn faisnéis a tharchur thar achar fada gan am.

Is cáithnín gan mais é fótón - bunchuid den solas, ar tonn leictreamaighnéadach é. Tar éis dul trí phláta den chriostail chomhfhreagrach (ar a dtugtar polaraitheoir), déantar an solas a pholarú go líneach, i.e. ascalaíonn veicteoir an réimse leictrigh de thonn leictreamaighnéadach i bplána áirithe. Ina dhiaidh sin, trí solas polaraithe líneach a rith trí phláta de thiús áirithe ó chriostail áirithe eile (an pláta ceathrú tonn mar a thugtar air), is féidir é a thiontú go solas polaraithe ciorclach, ina bogann an veicteoir réimse leictrigh i helical ( deiseal nó tuathalach) gluaisne feadh treo iomadú na dtonn. Dá réir sin, is féidir labhairt ar fhótóin atá líneach nó go ciorclach.

Turgnaimh le fótóin gafa

4a. Tiontaíonn criostail BBO neamhlíneach fótón a astaítear le léasair argóin ina dhá fhótón bhfostú le leath an fhuinnimh agus polarú ingearach lena chéile. Scaipeann na fótóin seo i dtreonna difriúla agus déanann brathadóirí D1 agus D2 iad a thaifeadadh, agus iad ceangailte le cuntar comhtharlaithe LK Cuirtear scairt le dhá scoiltíní i gcosán ceann de na fótóin. Nuair a chláraíonn an dá bhrathadóir teacht beagnach comhuaineach an dá fhótón, stóráiltear an comhartha i gcuimhne an fheiste, agus déantar an brathadóir D2 a chéimniú comhthreomhar leis na slits. Taispeántar líon na bhfótón ag brath ar shuíomh an bhrathadóra D2, a thaifeadtar mar sin, sa bhosca, ag taispeáint an uasmhéid agus an minima, rud a léiríonn cur isteach.

Sa bhliain 2001, rinne grúpa fisiceoirí Brasaíle i Belo Horizonte faoi threoir ó Stephen Walborn turgnamh neamhghnách. Bhain na húdair úsáid as airíonna criostail speisialta (giorraithe mar BBO), a thiontaíonn cuid áirithe de na fótóin a astaítear le léasair argóin ina dhá fhótón le leath an fhuinnimh. Tá an dá fhótón seo fite fuaite lena chéile; nuair a bhíonn polarú cothrománach ag ceann acu, mar shampla, tá polarú ingearach ag an gceann eile. Gluaiseann na fótóin seo i dhá threo dhifriúla agus imríonn siad róil éagsúla sa turgnamh a gcuirtear síos air.

Ceann de na fótóin a bheidh muid ag dul a ainm rialú, téann sé go díreach chuig an brathadóir fótóin D1 (4a). Cláraíonn an brathadóir a theacht trí chomhartha leictreach a sheoladh chuig feiste ar a dtugtar hit counter. LK Déanfar turgnamh trasnaíochta ar an dara fótón; cuirfimid glaoch air fótón comhartha. Tá scoilt dhúbailte ina chonair, agus ina dhiaidh sin tá an dara brathadóir fótóin, D2, beagán níos faide ó fhoinse an fhótóin ná an brathadóir D1. Is féidir leis an brathadóir seo léim thart ar an désliotán gach uair a fhaigheann sé an comhartha cuí ón gcuntar buailte. Nuair a chláraíonn brathadóir D1 fótón, seolann sé comhartha chuig an gcuntar comhtharlaithe. Más rud é i gceann nóiméad cláraíonn an brathadóir D2 fótón freisin agus cuireann sé comhartha chuig an méadar, ansin aithneoidh sé go dtagann sé ó fhótóin atá i bhfostú, agus déanfar an fhíric seo a stóráil i gcuimhne na feiste. Ní áirítear leis an nós imeachta seo clárú na bhfótón randamach a théann isteach sa bhrathadóir.

Fanann na fótóin i bhfostú ar feadh 400 soicind. Tar éis an ama seo, díláithrítear an brathadóir D2 faoi 1 mm maidir le suíomh na slits, agus tógann sé 400 soicind eile chun fótón bhfostú a chomhaireamh. Ansin bogtar an brathadóir arís faoi 1 mm agus déantar an nós imeachta arís agus arís eile go minic. Tharlaíonn sé go raibh an dáileadh ar líon na bhfótón a taifeadadh ar an mbealach seo ag brath ar an suíomh an brathadóir D2 uasmhéid agus minima tréith a fhreagraíonn do solas agus dorcha agus imill isteach i dturgnamh Young (4a).

Faighimid amach arís é sin cuireann fótóin shingil a théann tríd an scoilt dhúbailte isteach ar a chéile.

Conas sin?

Ba é an chéad chéim eile sa turgnamh ná an poll trína ndeachaigh fótón ar leith gan cur isteach ar a ghluaiseacht a aimsiú. Airíonna a úsáidtear anseo pláta ceathrú tonn. Cuireadh pláta ceathrú-tonn os comhair gach scoilt, agus d'athraigh ceann amháin acu polarú líneach an fhótóin eachtra go ciorclach deiseal, agus an ceann eile chuig polarú ciorclach ar chlé (4b). Fíoraíodh nach raibh tionchar ag an gcineál polaraithe fótóin ar líon na bhfótón a chomhaireamh. Anois, trí rothlú polarú fótóin a chinneadh tar éis dó dul tríd na slits, is féidir a chur in iúl cé acu díobh a bhfuil an fótón imithe. Má bhíonn "cén treo" ar an eolas, scriostar cur isteach.

4b. Trí phlátaí ceathrú-tonn (dronuilleoga scáthaithe) a chur os comhair na slits, is féidir faisnéis "cén bealach" a fháil agus beidh an íomhá trasnaíochta imithe.

4c. Má chuirtear polaraitheoir P atá dírithe go cuí os comhair brathadóir D1, scriostar an fhaisnéis "cén bealach" agus athchóirítear an cur isteach.

Go deimhin, tar éis socrú ceart a dhéanamh ar na plátaí ceathrú-tonn os comhair na slits, imíonn an dáileadh comhairimh a breathnaíodh roimhe seo, rud a léiríonn cur isteach. Is é an rud is aisteach ná go dtarlaíonn sé seo gan rannpháirtíocht breathnóir comhfhiosach ar féidir leis na tomhais chuí a dhéanamh! Cruthaíonn socrúchán plátaí ceathrú toinne éifeacht cealaithe trasnaíochta.. Mar sin, cén chaoi a bhfuil a fhios ag an bhfótón, tar éis na plátaí a chur isteach, gur féidir linn an bhearna trína ndeachaigh sé a chinneadh?

Mar sin féin, ní hé seo deireadh an aisteach. Anois is féidir linn cur isteach fótóin comhartha a athbhunú gan cur isteach air go díreach. Chun seo a dhéanamh, sa chonair a shroicheann an fótón rialaithe brathadóir D1, cuir polaraitheoir sa chaoi is go dtarchuireann sé solas le polarú atá ina mheascán de pholarizations an dá fhótón bhfostú (4c). Athraíonn sé seo láithreach polaraíocht an fhótóin comhartha dá réir sin. Anois ní féidir a chinneadh le cinnteacht cad é an polarú a bhaineann le teagmhas fótóin ar na sliotáin, agus trínar ritheadh ​​scoilt an fhótóin. Sa chás seo, déantar cur isteach a athchóiriú!

Scrios an fhaisnéis roghnóireachta a bhfuil moill leis

Rinneadh na turgnaimh a bhfuil cur síos orthu thuas sa chaoi is gur chláraigh an brathadóir D1 an fótón rialaithe sular shroich an fótón comhartha an brathadóir D2. Rinneadh scriosadh na faisnéise "cén cosán" trí polarú an fhótóin rialaithe a athrú sular shroich an fótón comhartha brathadóir D2. Ansin is féidir a shamhlú go bhfuil an fótón rialaithe in iúl cheana féin dá "cúpla" cad atá le déanamh eile: idirghabháil a dhéanamh nó nach bhfuil.

Anois déanaimid an turgnamh a mhodhnú sa chaoi is go mbuaileann an fótón rialaithe brathadóir D1 tar éis don fhótón comhartha a bheith cláraithe ag brathadóir D2. Chun é seo a dhéanamh, bog an brathadóir D1 amach as an bhfoinse fótóin. Breathnaíonn an patrún trasnaíochta mar a bhí roimhe seo. Anois cuirimis plátaí ceathrú-tonn os comhair na slits le fáil amach cén cosán a thóg an fótón. Imíonn an patrún cur isteach. Ansin, déanaimis an fhaisnéis "cén bealach" a scriosadh trí pholaróir atá dírithe go cuí a chur os comhair brathadóir D1. Tá an patrún trasnaíochta le feiceáil arís! Ach rinneadh an scriosadh tar éis don bhrathadóir D2 an fótón comhartha a chlárú. Conas is féidir é seo? Bhí ar an bhfótón a bheith feasach ar an athrú polaraíochta sula bhféadfaí aon eolas faoi a bhaint amach.

5. Turgnaimh le bhíoma léasair.

Aisiompaítear seicheamh nádúrtha na n-imeachtaí anseo; éifeacht roimh chúis! Baineann an toradh seo an bonn de phrionsabal na cúisíochta sa réaltacht timpeall orainn. Nó b'fhéidir nach bhfuil an t-am i gceist nuair a bhaineann sé le cáithníní gafa? Sáraíonn gabháil chandamach prionsabal na háite san fhisic chlasaiceach, agus dá réir sin ní féidir tionchar a bheith ag réad ach ar a gharthimpeallacht.

Ó thurgnamh na Brasaíle, rinneadh go leor turgnaimh den chineál céanna, a dhearbhaíonn go hiomlán na torthaí a chuirtear i láthair anseo. Sa deireadh, ba mhaith leis an léitheoir rúndiamhra na bhfeiniméin seo gan choinne a mhíniú go soiléir. Ar an drochuair, ní féidir é seo a dhéanamh. Tá loighic na meicnic chandamach difriúil ó loighic an domhain a fheicimid gach lá. Ní mór dúinn glacadh leis seo go humhal agus a bheith lúcháireach sa mhéid is go ndéanann dlíthe na meicnic chandamach cur síos cruinn ar na feiniméin a tharlaíonn sa mhicrecosm, a úsáidtear go húsáideach i bhfeistí teicniúla atá ag éirí níos forbartha.