Pokyny zvedavého pozorovateľa pre kvantovú mechaniku, P.T. 3: ružové okuliare

Doteraz sme častice videli ako vlny a dozvedeli sme sa, že jednej častice môže byť veľa a veľa oddelených. Z tohto správania prirodzene vyvstáva veľa otázok – jednou z nich je: „Aká veľká je častica?“ Odpoveď je pozoruhodne jemná a v nasledujúcich dvoch týždňoch (a článkoch) sa budeme zaoberať rôznymi aspektmi tejto otázky.

Dnes začneme všeobecnou otázkou: „Ako dlho Je častica? „

ísť celú cestu

Aby sme na to odpovedali, musíme vymyslieť nový experiment. Predtým sme poslali fotón na dve rôzne cesty. Zatiaľ čo cesty v tomto experimente boli vzájomne oddelené, ich dĺžka bola rovnaká: každá obchádzala dve strany obdĺžnika. Toto nastavenie môžeme vylepšiť pridaním niektorých zrkadiel, čo nám umožní postupne meniť dĺžku jednej cesty.

Keď sú cesty rovnako dlhé, vidíme pruhy ako v prvom článku. Ale keď cesty predĺžime alebo skrátime, pruhy postupne blednú. Toto je prvýkrát, čo sme videli, ako pruhy postupne mizli; V našich predchádzajúcich príkladoch pruhy boli alebo neboli.

Toto zhasnutie pruhov môžeme pridať dočasne, keď zmeníme dĺžku cesty Dĺžka Fotón sa pohybuje po ceste. Pruhy sú viditeľné iba vtedy, keď sa vlny fotónu pri rekombinácii prekrývajú.

Ak však častice cestujú vo forme vĺn, čo máme na mysli pod pojmom dĺžka? Užitočný mentálny obraz môže kvapkať kamienok do hladkej kaluži vody. Výsledné vlny sa šírili všetkými smermi ako súprava krúžkov. Ak nakreslíte čiaru, kde skala padá cez prstence, zistíte, že ich je päť až 10. Inými slovami, vlny majú hrúbku krúžku.

Ďalším spôsobom, ako sa na to pozerať, je, akoby sme boli zátkou na vode; Myslíme si, že nebudú žiadne vlny, okrúhle vlny, potom potom, čo zvlnenie pominie, opäť hladká voda. Povedali by sme, že „dĺžka“ vlny je vzdialenosť / čas, v ktorom sme vlny zažili.

Rovnako si môžeme myslieť o cestujúcom fotóne ako o súbore vĺn, ktoré sa do nášho experimentu dostávajú ako hromada vĺn. Vlny sa prirodzene rozdelia a idú obidvomi cestami, ale môžu sa znova spojiť, iba keď sú dve dĺžky ciest dostatočné na interakciu vĺn, keď sa spoja. Ak sú cesty príliš odlišné, jedna sada vlniek prebehne okolo skôr, ako dorazí druhá.

Tento obrázok dobre vysvetľuje, prečo pruhy postupne miznú: sú silnejšie, ak existuje skutočné prekrytie, ale slabnú s zmenšovaním prekrytia. Meraním, kým pruhy nezmiznú, sme zmerali dĺžku vlnovej dĺžky častice.

Prehrabávať sa v zásuvke žiarovky

Môžeme prejsť našimi normálnymi experimentmi a uvidíme rovnaké charakteristiky, ktoré sme videli predtým: otočenie rýchlosti fotónov nadol (čo vytvára paintballový pointilizmus pruhov), zmena farby (priemer modrejších farieb) Je úzka vzdialenosť) atď. Teraz však môžeme zmerať aj to, ako sa pásy správajú, keď upravujeme dĺžku cesty.

Aj keď na generovanie častíc svetla často používame lasery (sú to vynikajúci vystreľovači fotónového hrášku), bude stačiť akýkoľvek typ svetla: žiarovka, izbové LED svetlo, neónová lampa, sodíkové pouličné lampy, Svetlo hviezd, prešlo cez svetlé filtre. Akýkoľvek druh svetla, ktorý pošleme, vytvorí pruhy, keď sa dĺžka cesty zhoduje. Pásy však miznú v rozmedzí od mikrónov po vzdialenosti pre biele svetlo Stovky kilometrov Pre najkvalitnejšie lasery.

Svetlé vlny rôznych farieb majú najdlhšie vlny. Môžeme skúmať farebné vlastnosti našich svetelných zdrojov vysielaním ich svetla cez hranol. Niektoré svetelné zdroje majú veľmi úzku škálu farieb (laserové svetlo, neónové žiarovky, sodíkové pouličné svetlo); Niektoré majú širokú dúhu farieb (žiarovky, LED osvetlenie miestnosti, svetlo hviezd); Zatiaľ čo iné, napríklad slnečné svetlo, sú smerované cez farebné filtre, celkové farby sú v rozmedzí.

Všimli sme si, že existuje korelácia: čím užší je farebný rozsah svetelného zdroja, tým dlhší môže byť rozdiel v dráhe pred zmiznutím pruhov. Na farbe nezáleží. Ak zvolím červený filter a modrý filter, ktoré umožňujú prechod rovnakej šírky farieb, ich pruhy zmiznú pri rovnakom rozdiele cesty. toto je Rozsah Dôležitá je farba, nie priemerná farba.

Čo nás privádza k prekvapivému výsledku: dĺžka vlny častíc je daná rozsahom farieb (a teda energiou). Dĺžka nie je pevnou hodnotou pre konkrétny typ častíc. Pouhým prehĺbením zásuviek svetelných zdrojov sme vytvorili fotóny s dĺžkou od mikrónov (biele svetlo) do niekoľkých cm (laserové ukazovátko).