¿Qué mecanismo físico más profundo hace que la función de onda del fotón se extienda para que pase a través de ambas rendijas en el experimento de doble rendija?

¡Nadie lo sabe! Hay varias interpretaciones de la mecánica cuántica, y los seguidores de cualquiera de ellas afirmarán sin duda que su versión es correcta, pero eso es meramente una creencia. Básicamente, lo que sabemos de una medición débil es que el fotón atraviesa una rendija (Kocsis, S. y otras 6. 2011. Observando las trayectorias promedio de fotones individuales en un interferómetro de dos rendijas Science 332 : 1170 – 1173) pero algo entonces hace que los fotones procedan como si estuvieran difractados como si una onda atravesara ambas ranuras.

O también hay una ola, o no la hay. Según De Broglie, Bohm, y para mí, en mi libro electrónico “Guidance Waves”, hay una onda física y, curiosamente, los resultados de Kocsis et al. reprodujo notablemente bien el patrón predicho por Bohm.

Para aquellos que creen que no hay una onda real, tienen que recurrir a cualquiera de los dos tipos de campo que atraviesa ambas ranuras (falsificado por el experimento de Kocsis et al., Y se encuentra con problemas reales a la hora de explicar la difracción de las moléculas C60: ¿de verdad crees que hay un campo de ellas? (Arndt, M. y 5 más. 1999. Dualidad onda-partícula de las moléculas C60 . Nature 401 : 680-682.) Entonces tenemos un nuevo problema. La matemática, como lo describe Bassols en otra respuesta, predice que la onda se extiende, como otras ondas, sobre un volumen enorme, y cuando se realiza una medición, la función de onda colapsa. Sin embargo, si disparas un láser, los fotones siempre siga un camino muy estrecho y, de manera similar, puede colimar el camino de los electrones. Si la probabilidad se extendiera de esa manera, ¿cómo podría suceder esto? ¡Los televisores de tipo tubo de rayos catódicos no deberían haber funcionado! , Sostengo que la ola y la partícula regeneran la ola, probablemente cada período, lo que limita la propagación, pero eso es principalmente para satisfacer las consideraciones de energía. Lo que me parece interesante es que hasta ahora no sabemos cuán ampliamente se propaga la onda o la función de onda. Si crees que es una función de probabilidad, deberías poder detectar las partículas / fotones a gran distancia del haz colimado o láser, pero ¿qué tan ancho? Por qué ningún físico se ha molestado en abordar esta pregunta me desconcierta, ya que es algo fundamental para el sistema general de creencias.

El problema en juego es mucho más profundo que “la función de onda que se extiende por ambas rendijas”. Esa es una configuración experimental muy limitada y podríamos dar muchas respuestas que no abordarían el problema real, y de hecho ninguna de las 2 respuestas proporcionadas hasta ahora lo hace bien (Tom McFarlane y el llamado Kyle Randell, que es otro seudónimo para un tipo que llena a Quora con sus especulaciones).

De acuerdo con el formalismo QM, la función de onda de una partícula justo después de que una medición comienza a extenderse en un volumen esférico, la amplitud máxima de la onda seguirá el impulso de la última medición, pero la probabilidad de la ubicación y el impulso de la próxima medición se extiende gradualmente un volumen cada vez mayor de forma esférica.

En principio, si la partícula no se mide nuevamente (es decir, no interactúa imprimiendo información con ninguna otra partícula), la esfera de posibles nuevas ubicaciones para la partícula puede volverse enorme, de hecho, a escala astronómica.

Luego, cuando ocurre la próxima interacción, esa enorme esfera de función de onda se derrumba en un solo punto y desaparece en cualquier otro lugar. El punto de colapso debe estar dentro de la esfera y es más probable que ocurra donde la amplitud de la onda es alta, pero puede ocurrir en cualquier otro punto. Al instante

Este colapso trasciende la velocidad de la luz, es realmente instantáneo en todo el universo. Está claro por qué debe ser así: digamos que para cuando se realice la próxima medición, la esfera de función de onda habrá crecido hasta alcanzar el tamaño galáctico. La partícula se colapsa en un extremo de la galaxia. Si la información sobre este colapso viajara a una velocidad finita, incluso a la velocidad de la luz, podría suceder que antes de que la información de que la onda se hubiera colapsado llegara al otro lado de la esfera de probabilidad en el otro lado de la galaxia, la misma partícula la función de onda podría colapsar allí interactuando con alguna otra partícula. Eso violaría las leyes de conservación, la función de onda de una partícula solo puede colapsar una vez.

Espero que lo obtengas. El “mecanismo físico” que está solicitando no lo proporciona el formalismo, sino que depende de la interpretación del formalismo. La función de onda se propaga y el colapso ocurre instantáneamente, no localmente. Mi interpretación preferida para el “mecanismo” es aceptar la superposición y la no localidad. Después de una medición, las diferentes evoluciones posibles del sistema comienzan a extenderse como una superposición de diferentes futuros alternativos posibles, y cuando ocurre la siguiente medición, se selecciona una sola de ellas y las otras “mueren”, instantáneamente, trascendiendo la velocidad de la luz.

Para evitar malas interpretaciones, permítanme agregar que las “mediciones” en este contexto no requieren conciencia, simplemente significan interacciones generadoras de información.

La pregunta supone, correcta o incorrectamente, que una partícula a la que nos referimos como el fotón de alguna manera y en algún momento se convierte en una onda de expansión que luego pasa a través de las dos rendijas para producir un patrón de interferencia en la pantalla.

¿Pero no podría la onda ser primaria y la partícula secundaria? O – cielos a Betsy! – ambos coexisten como propuso deBroglie, una teoría que apoyó hasta más tarde convertirse al campo de Bohr que favorece la decoherencia, dejando que David Bohm tome la antorcha de la verdad, cuyas ideas aman a la mayoría de los físicos odiar, vociferante y repetidamente dando a conocer su absoluto disgusto para la teoría de la onda piloto.

¿Podría ser esto porque esa teoría realmente tiene algo de sentido y la física en las últimas décadas ha abandonado cualquier búsqueda de explicaciones sensatas de la realidad, particularmente en los casos en los que el buen sentido entra en conflicto con la doctrina matemática canónica que supuestamente explica todo bastante satisfactoriamente, gracias.

Y esta pregunta podría ser una más en una larga lista de ko-ans de la Nueva Era que hizo el Dr. McGucken en un intento posiblemente no tan frívolo de atrapar a todas las moscas enjambre con su propia marca particular de papel de mosca.

Cualquier dispositivo que se use para generar los fotones preparará los fotones con un estado asociado. Por simetría, esa función de onda será esféricamente simétrica a menos que haya algo en la forma en que se prepare el estado que rompa la simetría, por ejemplo, un colimador de haz. Debido a que es imposible crear un haz de luz perfectamente colimado, una fuente de fotones siempre divergerá, aunque sea un poco. Al diseñar el experimento de la doble rendija, las dos rendijas se colocan a una distancia tal que la luz se haya desviado lo suficiente como para atravesar ambas.

Podríamos haber establecido un experimento con un rayo láser cuyo ancho de rayo es más estrecho que la separación por rendijas. Si dicho haz fuera dirigido a una sola rendija, entonces la función de onda solo pasaría a través de una rendija, y no habría interferencia entre la luz que pasa a través de las dos rendijas. Entonces, por diseño, configuramos el experimento de doble rendija para que la fuente de fotones coherentes les permita propagarse lo suficiente como para que la función de onda pase a través de ambas rendijas.

Supongo que estás pensando en la pregunta “¿cómo puede ser en dos lugares a la vez?”.

La conclusión es que la función de onda se admite genéricamente de forma no local, por lo que, naturalmente, tiene un valor no trivial en varios puntos. En el caso de una partícula puntual, el estado caracterizado por una función de onda no soportada localmente describe un estado que es una superposición de estados propios de posición para los cuales la partícula se ubica en un punto dado dentro del soporte.

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