El experimento de elección retrasada de Wheeler son en realidad varios experimentos mentales en física cuántica , propuestos por John Archibald Wheeler , y el más prominente de ellos apareció en 1978 y 1984. [1] Estos experimentos son intentos de decidir si la luz de alguna manera "detecta" el aparato experimental. en el experimento de doble rendija viajará y ajustará su comportamiento para encajar asumiendo el estado determinado apropiado para él, o si la luz permanece en un estado indeterminado, ni onda ni partícula hasta que se mide. [2]
La intención común de estos varios tipos de experimentos es hacer primero algo que, según algunos modelos de variables ocultas, [3]haría que cada fotón "decidiera" si se comportaría como una partícula o como una onda, y luego, antes de que el fotón tuviera tiempo de alcanzar el dispositivo de detección, crearía otro cambio en el sistema que haría parecer que el fotón había "elegido" comportarse de manera opuesta. Algunos intérpretes de estos experimentos sostienen que un fotón es una onda o una partícula, y que no puede ser ambas cosas al mismo tiempo. La intención de Wheeler era investigar las condiciones relacionadas con el tiempo en las que un fotón realiza esta transición entre supuestos estados del ser. Su trabajo ha sido productivo de muchos experimentos reveladores. Puede que no haya anticipado la posibilidad de que otros investigadores tiendan a la conclusión de que un fotón retiene tanto su "naturaleza ondulatoria" como su "naturaleza partícula" hasta el momento en que termina su vida, por ejemplo, al ser absorbido por un electrón, que adquiere su energía y, por lo tanto, se eleva a un orbital de mayor energía en su átomo.
Esta línea de experimentación resultó muy difícil de llevar a cabo cuando se concibió por primera vez. Sin embargo, ha demostrado ser muy valioso a lo largo de los años, ya que ha llevado a los investigadores a proporcionar "demostraciones cada vez más sofisticadas de la dualidad onda-partícula de los cuantos únicos". [4] [5] Como explica un experimentador, "el comportamiento de las ondas y las partículas pueden coexistir simultáneamente". [6]
Introducción
El " experimento de elección retardada de Wheeler " se refiere a una serie de experimentos mentales en física cuántica , el primero propuesto por él en 1978. En 1983 se propuso otra versión destacada. Todos estos experimentos tratan de abordar los mismos problemas fundamentales de la física cuántica. . Muchos de ellos se analizan en el artículo de 1978 de Wheeler "The 'Past' and the 'Delayed-Choice' Double-Slit Experiment", que se ha reproducido en Mathematical Foundations of Quantum Theory de AR Marlow , págs. 9-48.
De acuerdo con el principio de complementariedad , se pueden medir las propiedades de un fotón 'similar a una partícula' (como la ubicación exacta) o 'similar a una onda' (como la frecuencia o la amplitud), pero no ambas al mismo tiempo . La característica que se mide depende de si los experimentadores utilizan un dispositivo destinado a observar partículas o para observar ondas. [7] Cuando esta afirmación se aplica de manera muy estricta, se podría argumentar que al determinar el tipo de detector se podría forzar al fotón a manifestarse solo como una partícula o solo como una onda. La detección de un fotón es un proceso destructivo porque nunca se puede ver un fotón en vuelo. Cuando se detecta un fotón, "aparece" en las consecuencias de su desaparición, por ejemplo, al ser absorbido por un electrón en un fotomultiplicador que acepta su energía que luego se utiliza para desencadenar la cascada de eventos que produce un "clic" desde ese dispositivo. . Un fotón siempre aparece en algún punto altamente localizado en el espacio y el tiempo. En los aparatos que detectan fotones, las ubicaciones en su pantalla de detección que indican la recepción del fotón dan una indicación de si estaba manifestando o no su naturaleza ondulatoria durante su vuelo desde la fuente de fotones al dispositivo de detección. Por lo tanto, se dice comúnmente que en un experimento de doble rendija, un fotón exhibe su naturaleza ondulada cuando pasa a través de ambas rendijas y aparece como un tenue lavado de iluminación a través de la pantalla de detección, y manifiesta su naturaleza de partícula cuando atraviesa solo una rendija y aparece en la pantalla como un centelleo muy localizado.
Dada la interpretación de la física cuántica que dice que un fotón está en su forma de onda o en su forma de partícula, surge la pregunta: ¿Cuándo decide el fotón si viajará como una onda o como una partícula? Suponga que se prepara un experimento tradicional de doble rendija para que cualquiera de las rendijas pueda bloquearse. Si ambas rendijas están abiertas y el láser emite una serie de fotones, entonces aparecerá rápidamente un patrón de interferencia en la pantalla de detección. El patrón de interferencia solo puede explicarse como una consecuencia de los fenómenos ondulatorios, por lo que los experimentadores pueden concluir que cada fotón "decide" viajar como una onda tan pronto como se emite. Si solo hay una rendija disponible, no habrá patrón de interferencia, por lo que los experimentadores pueden concluir que cada fotón "decide" viajar como una partícula tan pronto como se emite.
Interferómetro simple
Una forma de investigar la cuestión de cuándo un fotón decide si actuar como onda o partícula en un experimento es utilizar el método del interferómetro. Aquí hay un diagrama esquemático simple de un interferómetro en dos configuraciones:
Si se emite un solo fotón en el puerto de entrada del aparato en la esquina inferior izquierda, inmediatamente se encuentra con un divisor de haz. Debido a las mismas probabilidades de transmisión o reflexión, el fotón continuará recto, será reflejado por el espejo en la esquina inferior derecha y será detectado por el detector en la parte superior del aparato, o será reflejado por el haz. -splitter, golpee el espejo en la esquina superior izquierda y salga al detector en el borde derecho del aparato. Al observar que los fotones aparecen en igual número en los dos detectores, los experimentadores generalmente dicen que cada fotón se ha comportado como una partícula desde el momento de su emisión hasta el momento de su detección, ha viajado por un camino u otro, y además afirman que su naturaleza ondulatoria no ha sido exhibida.
Si se cambia el aparato de modo que se coloque un segundo divisor de haz en la esquina superior derecha, entonces parte de los haces de cada camino viajarán hacia la derecha, donde se combinarán para exhibir interferencia en una pantalla de detección. Los experimentadores deben explicar estos fenómenos como consecuencias de la naturaleza ondulatoria de la luz. Cada fotón debe haber viajado por ambos caminos como una onda, porque si cada fotón viajara como una partícula a lo largo de un solo camino, los muchos fotones enviados durante el experimento no producirían un patrón de interferencia.
Dado que nada más ha cambiado de la configuración experimental a la configuración experimental, y dado que en el primer caso se dice que el fotón "decide" viajar como una partícula y en el segundo caso se dice que "decide" viajar como una onda, Wheeler Quería saber si, experimentalmente, se podía determinar un momento en el que el fotón tomara su "decisión". ¿Sería posible dejar pasar un fotón a través de la región del primer divisor de haz mientras no hubiera divisor de haz en la segunda posición, haciendo que "decida" viajar, y luego dejar que el segundo divisor de haz salte rápidamente? en su camino? Presumiblemente, habiendo viajado como una partícula hasta ese momento, ¿el divisor de haz lo dejaría pasar y se manifestaría como una partícula si ese segundo divisor de haz no estuviera allí? ¿O se comportaría como si el segundo divisor de haz siempre hubiera estado allí? ¿Manifestará efectos de interferencia? Y si manifestó efectos de interferencia, para haberlo hecho, debe haber retrocedido en el tiempo y haber cambiado su "decisión" de viajar como una partícula a viajar como una onda. Tenga en cuenta que Wheeler quería investigar varias afirmaciones hipotéticas obteniendo datos objetivos.
A Albert Einstein no le agradaban estas posibles consecuencias de la mecánica cuántica. [8] Sin embargo, cuando finalmente se idearon experimentos que permitieron tanto la versión de doble rendija como la versión de interferómetro del experimento, se demostró de manera concluyente que un fotón podía comenzar su vida en una configuración experimental que requeriría que demostrara su partícula. naturaleza, terminan en una configuración experimental que le exigiría demostrar su naturaleza ondulatoria, y que en estos experimentos siempre mostraría sus características ondulantes interfiriendo consigo misma. Además, si el experimento se inició con el segundo divisor de haz en su lugar pero se quitó mientras el fotón estaba en vuelo, entonces el fotón aparecería inevitablemente en un detector y no mostraría ningún signo de efectos de interferencia. De modo que la presencia o ausencia del segundo divisor de haz siempre determinaría la manifestación de "onda o partícula". Muchos experimentadores [ ¿quién? ] llegó a una interpretación de los resultados experimentales que decía que el cambio en las condiciones finales determinaría retroactivamente lo que el fotón había "decidido" ser cuando entraba en el primer divisor de haz. Como se mencionó anteriormente, Wheeler rechazó esta interpretación.
Interferómetro cósmico
En un intento por evitar destruir las ideas normales de causa y efecto, algunos teóricos [ ¿quién? ] sugirió que la información sobre si había o no un segundo divisor de haz instalado podría de alguna manera transmitirse desde el punto final del dispositivo experimental de vuelta al fotón, ya que estaba ingresando a ese dispositivo experimental, lo que le permite hacer lo correcto " decisión." Entonces Wheeler propuso una versión cósmica de su experimento. En ese experimento mental, pregunta qué pasaría si un cuásar u otra galaxia a millones o miles de millones de años luz de la Tierra pasa su luz alrededor de una galaxia o cúmulo de galaxias intermedias que actuaría como una lente gravitacional. Un fotón que se dirija exactamente hacia la Tierra se encontraría con la distorsión del espacio en las proximidades de la galaxia masiva intermedia. En ese punto, tendría que "decidir" si ir en una dirección alrededor de la galaxia lente, viajando como una partícula, o ir en ambas direcciones viajando como una onda. Cuando el fotón llegara a un observatorio astronómico en la Tierra, ¿qué pasaría? Debido a la lente gravitacional, los telescopios en el observatorio ven dos imágenes del mismo quásar, una a la izquierda de la galaxia lente y otra a la derecha. Si el fotón ha viajado como una partícula y entra en el cañón de un telescopio dirigido a la imagen del quásar izquierdo, debe haber decidido viajar como una partícula durante todos esos millones de años, o eso dicen algunos experimentadores. Ese telescopio está apuntando en la dirección incorrecta para captar cualquier cosa de la otra imagen del cuásar. Si el fotón viajó como una partícula y fue al revés, entonces solo será captado por el telescopio apuntando al "quásar" derecho. Así que hace millones de años, el fotón decidió viajar en su forma de partícula y eligió al azar el otro camino. Pero los experimentadores ahora deciden intentar otra cosa. Dirigen la salida de los dos telescopios a un divisor de haz, como se muestra en el diagrama, y descubren que una salida es muy brillante (lo que indica una interferencia positiva) y que la otra salida es esencialmente cero, lo que indica que los pares de funciones de onda entrantes se han cancelado automáticamente.
Wheeler luego hace el papel de abogado del diablo y sugiere que quizás para que se obtengan esos resultados experimentales significaría que en el instante en que los astrónomos insertaron su divisor de haz, los fotones que habían abandonado el cuásar hace algunos millones de años decidieron retroactivamente viajar como ondas, y que cuando los astrónomos decidieron sacar su divisor de haz nuevamente, esa decisión fue telegrafiada a través del tiempo a los fotones que estaban dejando algunos millones de años más algunos minutos en el pasado, de modo que los fotones decidieron retroactivamente viajar como partículas.
Varias formas de implementar la idea básica de Wheeler se han convertido en experimentos reales y respaldan la conclusión que anticipó Wheeler: que lo que se haga en el puerto de salida del dispositivo experimental antes de que se detecte el fotón determinará si presenta o no fenómenos de interferencia. La retrocausalidad es un espejismo. [ cita requerida ]
Versión de doble rendija
Un segundo tipo de experimento se parece al experimento ordinario de doble rendija. El diagrama esquemático de este experimento muestra que una lente en el lado más alejado de las rendijas dobles hace que el camino de cada rendija diverja ligeramente de la otra después de que se cruzan bastante cerca de esa lente. El resultado es que en las dos funciones de onda para cada fotón estará en superposición dentro de una distancia bastante corta de las rendijas dobles, y si se proporciona una pantalla de detección dentro de la región en la que las funciones de onda están en superposición, se verán patrones de interferencia. No hay forma de determinar que un fotón dado haya llegado de una u otra de las rendijas dobles. Sin embargo, si se quita la pantalla de detección, las funciones de onda en cada camino se superpondrán en regiones de amplitudes más bajas y más bajas, y sus valores de probabilidad combinados serán mucho menores que los valores de probabilidad no reforzados en el centro de cada camino. Cuando los telescopios apuntan a interceptar el centro de los dos caminos, habrá probabilidades iguales de casi el 50% de que aparezca un fotón en uno de ellos. Cuando un fotón es detectado por el telescopio 1, los investigadores pueden asociar ese fotón con la función de onda que emergió de la rendija inferior. Cuando se detecta uno en el telescopio 2, los investigadores pueden asociar ese fotón con la función de onda que emergió de la rendija superior. La explicación que apoya esta interpretación de los resultados experimentales es que un fotón ha emergido de una de las rendijas, y ese es el fin del asunto. Un fotón debe haber comenzado en el láser, pasar a través de una de las rendijas y llegar por una única trayectoria en línea recta al telescopio correspondiente.
La explicación retrocausal, que Wheeler no acepta, dice que con la pantalla de detección colocada, la interferencia debe manifestarse. Para que se manifieste la interferencia, debe haber surgido una onda de luz de cada una de las dos rendijas. Por lo tanto, un solo fotón al entrar en el diafragma de doble rendija debe haber "decidido" que debe pasar por ambas rendijas para poder interferir consigo mismo en la pantalla de detección (¿no debería colocarse la pantalla de detección frente a la pantalla de detección? rendijas dobles?). Para que no se manifieste ninguna interferencia, un solo fotón que entra en el diafragma de doble rendija debe haber "decidido" pasar por una sola rendija porque eso lo haría aparecer en la cámara en el único telescopio apropiado.
En este experimento mental, los telescopios siempre están presentes, pero el experimento puede comenzar con la pantalla de detección presente pero luego ser eliminada justo después de que el fotón abandona el diafragma de doble rendija, o el experimento puede comenzar con la pantalla de detección ausente y luego desapareciendo. insertado justo después de que el fotón abandona el diafragma. Algunos teóricos argumentan que insertar o quitar la pantalla en medio del experimento puede obligar a un fotón a decidir retroactivamente pasar por las rendijas dobles como una partícula cuando previamente la había transitado como una onda, o viceversa. Wheeler no acepta esta interpretación.
El experimento de doble rendija, al igual que los otros seis experimentos idealizados (microscopio, haz dividido, dientes inclinados, patrón de radiación, polarización de un fotón y polarización de fotones emparejados), impone una elección entre modos de observación complementarios. En cada experimento, hemos encontrado una manera de retrasar la elección del tipo de fenómeno que se buscará hasta la etapa final del desarrollo del fenómeno, y depende del tipo de dispositivo de detección que fijemos. Ese retraso no hace ninguna diferencia en las predicciones experimentales. A este respecto, todo lo que encontramos fue presagiado en esa frase solitaria y fecunda de Bohr, "... eso ... no puede hacer ninguna diferencia, en lo que respecta a los efectos observables obtenibles mediante un arreglo experimental definido, si nuestros planes para construir o manejar los instrumentos están fijados de antemano o si preferimos posponer la finalización de nuestra planificación hasta un momento posterior cuando la partícula ya está en camino de un instrumento a otro ". [11]
Interpretación bohmiana
Una de las formas más fáciles de "dar sentido" a la paradoja de la elección retardada es examinarla utilizando la mecánica bohmiana . Las sorprendentes implicaciones del experimento original de elección retardada llevaron a Wheeler a la conclusión de que "ningún fenómeno es un fenómeno hasta que es un fenómeno observado", que es una posición muy radical. Wheeler dijo que el "pasado no tiene existencia excepto como se registra en el presente", y que el Universo no "existe, independientemente de todos los actos de observación".
Sin embargo, Bohm et al. (1985, Nature vol. 315, págs. 294–97) han demostrado que la interpretación de Bohm ofrece una explicación directa del comportamiento de la partícula bajo el sistema de elección retardada, sin recurrir a una explicación tan radical. Una discusión detallada está disponible en el artículo de código abierto de Basil Hiley y Callaghan, [12] mientras que muchas de las paradojas cuánticas, incluida la elección retardada, se discuten de manera conveniente y compacta en el Capítulo 7 del Libro Una visión física de la materia y la mente (PVMM). [13] utilizando interpretaciones estándar y bohmianas.
En la mecánica cuántica de Bohm, la partícula obedece a la mecánica clásica, excepto que su movimiento tiene lugar bajo la influencia adicional de su potencial cuántico . Un fotón o un electrón tiene una trayectoria definida y pasa por una u otra de las dos rendijas y no por ambas, como ocurre en el caso de una partícula clásica. El pasado se determina y permanece como era hasta el momento T 1 cuando se cambió la configuración experimental para detectarla como onda a la de detectar una partícula en el tiempo de llegada T 2 . En T 1 , cuando se cambió la configuración experimental, el potencial cuántico de Bohm cambia según sea necesario, y la partícula se mueve clásicamente bajo el nuevo potencial cuántico hasta T 2 cuando se detecta como una partícula. Así, la mecánica bohmiana restaura la visión convencional del mundo y su pasado. El pasado está ahí fuera como una historia objetiva inalterable retroactivamente por la elección retrasada, contrariamente a la visión radical de Wheeler.
A menudo se considera que el "potencial cuántico" Q (r, T) actúa instantáneamente. Pero, de hecho, el cambio de la configuración experimental en T 1 requiere un tiempo finito dT. El potencial inicial. Q (r, T
Detalles experimentales
La discusión original de John Wheeler sobre la posibilidad de un cuanto de elección retardada apareció en un ensayo titulado "Ley sin ley", que fue publicado en un libro que él y Wojciech Hubert Zurek editaron llamado Quantum Theory and Measurement , págs. 182-213. Introdujo sus comentarios repitiendo la discusión entre Albert Einstein, que quería una realidad comprensible, y Niels Bohr, que pensaba que el concepto de realidad de Einstein era demasiado restringido. Wheeler indica que Einstein y Bohr exploraron las consecuencias del experimento de laboratorio que se discutirá a continuación, uno en el que la luz puede encontrar su camino desde una esquina de una matriz rectangular de espejos semi-plateados y completamente plateados hasta la otra esquina, y luego puede ser hecho para revelarse no sólo como haber recorrido la mitad del perímetro por un solo camino y luego haber salido, sino también haber ido en ambos sentidos alrededor del perímetro y luego haber "hecho una elección" en cuanto a salir por un puerto o el otro. Este resultado no solo es válido para haces de luz, sino también para fotones de luz individuales. Wheeler comentó:
El experimento en forma de interferómetro , discutido por Einstein y Bohr, podría teóricamente usarse para investigar si un fotón a veces se desplaza a lo largo de un solo camino, siempre sigue dos caminos pero a veces solo hace uso de uno, o si aparece algo más. . Sin embargo, fue más fácil decir: "Durante las ejecuciones aleatorias del experimento, insertaremos el segundo espejo medio plateado justo antes de que se programe el fotón para llegar allí", que encontrar una manera de hacer un espejo tan rápido. sustitución. La velocidad de la luz es demasiado rápida para permitir que un dispositivo mecánico haga este trabajo, al menos dentro de los confines de un laboratorio. Se necesitó mucho ingenio para solucionar este problema.
Después de que se publicaran varios experimentos de apoyo, Jacques et al. afirmó que uno de sus experimentos sigue plenamente el esquema original propuesto por Wheeler. [14] [15] Su complicado experimento se basa en el interferómetro Mach-Zehnder , que incluye un generador de fotones de centro de color N-V de diamante activado, polarización y un modulador electroóptico que actúa como un divisor de haz conmutable. La medición en una configuración cerrada mostró interferencia, mientras que la medición en una configuración abierta permitió determinar la trayectoria de la partícula, lo que imposibilitó la interferencia.
En tales experimentos, argumentó Einstein originalmente, no es razonable que un solo fotón viaje simultáneamente por dos rutas. Quite el espejo medio plateado en la [parte superior derecha], y uno encontrará que un contador se apaga, o el otro. Por lo tanto, el fotón ha viajado solo por una ruta. Viaja solo por una ruta. pero recorre ambas rutas: recorre ambas rutas, pero recorre una sola ruta. ¡Qué absurdo! ¡Qué obvio es que la teoría cuántica es inconsistente!
Interferómetro en el laboratorio
La versión de Wheeler del experimento del interferómetro no se pudo realizar en un laboratorio hasta hace poco debido a la dificultad práctica de insertar o quitar el segundo divisor de haz en el breve intervalo de tiempo entre la entrada del fotón en el primer divisor de haz y su llegada al lugar. previsto para el segundo divisor de haz. Esta realización del experimento se realiza extendiendo las longitudes de ambos caminos insertando largos tramos de cable de fibra óptica. Al hacerlo, el intervalo de tiempo involucrado con los tránsitos a través del aparato es mucho más largo. Un dispositivo conmutable de alta velocidad en una ruta, compuesto por un interruptor de alto voltaje, una celda de Pockels y un prisma Glan-Thompson , hace posible desviar esa ruta de su destino normal para que la ruta llegue efectivamente a un callejón sin salida. . Con el desvío en funcionamiento, nada puede llegar a ninguno de los detectores por ese camino, por lo que no puede haber interferencia. Con él apagado, el camino reanuda su modo de acción normal y pasa a través del segundo divisor de haz, haciendo reaparecer la interferencia. Esta disposición en realidad no inserta ni quita el segundo divisor de haz, pero permite cambiar de un estado en el que aparece la interferencia a un estado en el que no puede aparecer la interferencia, y lo hace en el intervalo entre la entrada de luz en el primer haz. - divisor y luz que sale del segundo divisor de haz. Si los fotones hubieran "decidido" entrar en el primer divisor de haz como ondas o partículas, debieron haber sido dirigidos a deshacer esa decisión y pasar por el sistema en su otra forma, y debieron haberlo hecho sin ningún proceso físico. siendo transmitido a los fotones que entran o al primer divisor de haz porque ese tipo de transmisión sería demasiado lenta incluso a la velocidad de la luz. La interpretación de Wheeler de los resultados físicos sería que en una configuración de los dos experimentos se recibe una sola copia de la función de onda de un fotón entrante, con un 50% de probabilidad, en uno u otro detector, y que bajo la otra configuración se reciben dos copias de la función de onda, viajando por caminos diferentes, llega a ambos detectores, está desfasada entre sí y, por lo tanto, exhibe interferencia. En un detector, las funciones de onda estarán en fase entre sí, y el resultado será que el fotón tiene una probabilidad del 100% de aparecer en ese detector. En el otro detector, las funciones de onda estarán desfasadas 180 °, se cancelarán entre sí exactamente y habrá un 0% de probabilidad de que sus fotones relacionados aparezcan en ese detector. [dieciséis]
Interferómetro en el cosmos
El experimento cósmico previsto por Wheeler podría describirse como análogo al experimento del interferómetro o como análogo a un experimento de doble rendija. Lo importante es que mediante un tercer tipo de dispositivo, un objeto estelar masivo que actúa como una lente gravitacional, los fotones de una fuente pueden llegar por dos vías. Dependiendo de cómo se dispongan las diferencias de fase entre los pares de funciones de onda, se pueden observar tipos diferentes de fenómenos de interferencia correspondientemente. Los experimentadores pueden controlar si fusionar las funciones de onda entrantes o no, y cómo fusionar las funciones de onda entrantes. No hay ninguna de las diferencias de fase introducidas en las funciones de onda por el aparato experimental como las hay en los experimentos de interferómetro de laboratorio, por lo que a pesar de que no hay un dispositivo de doble rendija cerca de la fuente de luz, el experimento cósmico está más cerca del experimento de doble rendija. Sin embargo, Wheeler planeó que el experimento fusionara las funciones de onda entrantes mediante el uso de un divisor de haz. [17]
La principal dificultad para realizar este experimento es que el experimentador no tiene control ni conocimiento de cuándo cada fotón comenzó su viaje hacia la Tierra, y el experimentador no conoce las longitudes de cada uno de los dos caminos entre el cuásar distante. Por lo tanto, es posible que las dos copias de una función de onda lleguen en momentos diferentes. Emparejarlos en el tiempo para que pudieran interactuar requeriría el uso de algún tipo de dispositivo de retardo en el primero en llegar. Antes de que se pudiera realizar esa tarea, sería necesario encontrar una forma de calcular el tiempo de demora.
Una sugerencia para sincronizar las entradas de los dos extremos de este aparato experimental cósmico radica en las características de los cuásares y la posibilidad de identificar eventos idénticos de alguna característica de señal. La información de los Cuásares Gemelos que Wheeler usó como base de su especulación llega a la Tierra aproximadamente con 14 meses de diferencia. [18] Encontrar una manera de mantener un cuanto de luz en algún tipo de bucle durante más de un año no sería fácil.
Doble rendija en laboratorio y cosmos
La versión de Wheeler del experimento de doble rendija está organizada de modo que el mismo fotón que emerge de dos rendijas se pueda detectar de dos maneras. La primera forma permite que los dos caminos se unan, permite que las dos copias de la función de onda se superpongan y muestra interferencia. La segunda forma se aleja más de la fuente de fotones a una posición donde la distancia entre las dos copias de la función de onda es demasiado grande para mostrar efectos de interferencia. El problema técnico en el laboratorio es cómo insertar una pantalla detectora en un punto apropiado para observar los efectos de interferencia o quitar esa pantalla para revelar los detectores de fotones que pueden restringirse a recibir fotones de las regiones estrechas del espacio donde se encuentran las rendijas. Una forma de lograr esa tarea sería utilizar los espejos conmutables eléctricamente desarrollados recientemente y simplemente cambiar las direcciones de los dos caminos desde las rendijas encendiendo o apagando un espejo. A principios de 2014 no se había anunciado ningún experimento de este tipo.
El experimento cósmico descrito por Wheeler tiene otros problemas, pero dirigir copias de la función de onda a un lugar u otro mucho después de que el fotón involucrado presumiblemente haya "decidido" si ser una onda o una partícula no requiere una gran velocidad en absoluto. Uno tiene alrededor de mil millones de años para hacer el trabajo.
La versión cósmica del experimento del interferómetro podría adaptarse fácilmente para funcionar como un dispositivo cósmico de doble rendija como se indica en la ilustración. Wheeler parece no haber considerado esta posibilidad. Sin embargo, ha sido discutido por otros escritores. [19]
Experimentos actuales de interés
El primer experimento real que sigue la intención de Wheeler de que un aparato de doble rendija sea sometido a la determinación del final del juego del método de detección es el de Walborn et al. [20]
Los investigadores con acceso a radiotelescopios diseñados originalmente para la investigación de SETI han explicado las dificultades prácticas de realizar el experimento interestelar de Wheeler. [21]
Un experimento reciente de Manning et al. confirma las predicciones estándar de la mecánica cuántica estándar con un átomo de helio. [22]
Conclusiones
Ma, Zeilinger y col. han resumido lo que se puede conocer como resultado de los experimentos que han surgido de las propuestas de Wheeler. Ellos dicen:
Cualquier explicación de lo que sucede en una observación individual específica de un fotón debe tener en cuenta todo el aparato experimental del estado cuántico completo que consta de ambos fotones, y solo puede tener sentido después de que se haya registrado toda la información relativa a las variables complementarias. Nuestros resultados demuestran que el punto de vista de que el fotón del sistema se comporta definitivamente como una onda o definitivamente como una partícula requeriría una comunicación más rápida que la luz. Debido a que esto estaría en fuerte tensión con la teoría especial de la relatividad, creemos que tal punto de vista debería abandonarse por completo. [23]
Ver también
Bibliografía
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- John Archibald Wheeler y Wojciech Hubert Zurek, Teoría y medición cuánticas (Princeton Series in Physics)
- John D. Barrow, Paul CW Davies y Jr, Charles L. Harperm Ciencia y realidad última: teoría cuántica, cosmología y complejidad ( Cambridge University Press ) 2004
- Xiao-song Ma, Johannes Kofler y Anton Zeilinger, Experimentos gedanken de elección retardada y sus realizaciones , arXiv : 1407.2930 , marzo de 2016. Artículo de encuesta.
Referencias
- ^ Fundamentos matemáticos de la teoría cuántica , editado por A. R. Marlow, Academic Press, 1978. P. 39 enumera siete experimentos: doble rendija, microscopio, haz dividido, dientes inclinados, patrón de radiación, polarización de un fotón y polarización de fotones emparejados.
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Para Niels Bohr ... este "misterio central" era ... un principio del ... principio de complementariedad. .... Busque una partícula y verá una partícula. Busque una ola y eso es lo que verá.
"No se podría esperar que ninguna definición razonable de la realidad permitiera esto", resopló [Einstein] en un famoso artículo ... (Physical Review, vol 47, p 777).
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enlaces externos
- Experimento clásico de elección retrasada de Wheeler por Ross Rhodes
- El borrador cuántico de John G. Cramer
- Desmitificando los experimentos de elección retrasada
- "John Wheeler - el experimento de elección retardada (105/130)" . YouTube . Web de historias. 6 de octubre de 2017.