Principio de incertidumbre con dos fotones

Question

Imaginar una instalación experimental en el que tienes que medir el impulso y la posición de una partícula. A medida que sabemos que nos va a tener que afectar, y el principio de incertidumbre entraría en la foto, pero tengo una configuración diferente. La clásica configuración es que el fuego de un fotón para medir la ubicación de la partícula, pero la partícula cambia su impulso debido a la colisión con el fotón.

Decidí tomar dos fotones. Voy a disparar un fotón desde cualquiera de los lados de la partícula, de modo que los efectos de los dos fotones se cancelan uno al otro, dando una medición precisa. Para entender esto, vea la imagen a continuación.

1. El experimento clásico

   

2. Mi experimento

   

En el segundo experimento, se dispara un fotón de la misma energía que el primer uno y contrarrestar el efecto de la primera de fotones, por lo que el electrón podría continuar en su ruta original. Por favor, dime donde estoy equivocado.

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Vamos a tener que tomar múltiples fotones pero igual de ambos lados y en direcciones opuestas.

Answer 1

Primero de todo, el principio de incertidumbre es más que sólo la perturbación de la observación.

De un artículo de Wikipedia "principio de Incertidumbre":

Históricamente, el principio de incertidumbre ha sido confundido con un algo similar efecto en la física, llamado el observador efecto, que observa que las mediciones de ciertos sistemas no puede ser hecha sin que afectan a los sistemas. Heisenberg ofrecer un observador efecto en el nivel cuántico (ver más abajo) como una "explicación" de quantum de la incertidumbre.

Desde entonces se ha convertido en claro, sin embargo, que la el principio de incertidumbre es inherente en las propiedades de todas las olas como los sistemas, y que surge en la mecánica cuántica, simplemente debido a la asunto de onda de la naturaleza de todos los objetos cuánticos. Por lo tanto, la incertidumbre principio, de hecho a los estados una propiedad fundamental de los sistemas cuánticos, y no es una declaración acerca de la observación de éxito de la actual tecnología. Se debe destacar que la medición no significa sólo un proceso en el que un físico-observador participa, sino cualquier interacción entre lo clásico y lo cuántico de los objetos, independientemente de cualquier observador.

Ahora, que has dibujado 'el' camino de los electrones como si el electrón tiene una definida trayectoria y que dos fotones de igual y opuesta impulso interactuar con los electrones en una ubicación definitiva.

Sin embargo, el estado de posición definida máximo de 'incertidumbre' en el impulso! No sólo no puede haber una clara trayectoria pero, si el electrón se localiza por una interacción, uno no puede escapar de la incertidumbre inherente de los que se localizada estado.

Answer 2

El problema con tu configuración es que han ignorado la naturaleza mecánica cuántica de los fotones. Los fotones son el principio de incertidumbre como el electrón y así no hay manera para enviar en 2 fotones con exactamente el mismo impulso precisamente al mismo tiempo, y no podemos garantizar que serán scatter de precisamente la misma manera. La configuración que usted ha descrito es, por tanto, imposible.

Answer 3

¿Qué te hace pensar que un electrón refleja fotones como usted ha dibujado?

• Los electrones de la dispersión de los fotones en cualquier dirección, aunque no de manera uniforme. (Ejemplos: la dispersión de Thomson, la dispersión de Rayleigh, la cristalografía de rayos X)
• El electrón puede absorber un fotón por un período arbitrario de tiempo, el cambio de momentum y por lo tanto la posición, entonces la liberación de un fotón de una longitud de onda diferente. El electrón puede absorber un fotón y la liberación de muchos fotones. (Ejemplos: la dispersión de Compton, la dispersión inelástica)
• Los fotones pueden interactuar unos con otros e ignorar el electrón. (Ejemplos: Delbrück de dispersión, adicional de dos fotones de la física)
• Incluso si tienes la suerte de tener una interacción en la cual los electrones y los fotones jugar junto con su plan de... el experimento no puede distinguir que el fotón es que a la salida. Que podría haber sido "dispersos horizontal" o "dispersos verticalmente", dando lugar a una gran cantidad de la posición y el impulso de la incertidumbre en el sistema.

Answer 4

Su clásico experimento 1) es la mecánica cuántica. Los electrones y los fotones son las partículas elementales y de interactuar de forma individual como mecánica cuántica entidades.

El gráfico muestra la dispersión elástica de fotones en electrones, una computable proceso de acuerdo a la mecánica cuántica por lo tanto la distribución angular es conocido. Como estamos hablando de la mecánica cuántica no es una probabilidad para cada ángulo donde el electrón puede dispersión que se da por la de Klein-Nishina fórmula. De modo que el individuo fotones par de electrones no tienen un ángulo fijo, que se puede utilizar en el experimento de pensamiento, para contrarrestar el efecto sobre el electrón de la dirección. ( siempre suponiendo que pudiera tiempo de los fotones para golpear en el mismo delta(t) de Heisenberg del principio de incertidumbre) .

El pensamiento configurar 2) es imposible.

Answer 5

Se ha dicho que su segundo experimento es imposible. Para mí es posible, pero no puede ser utilizado para predecir la posición de los electrones y su impulso.

• Primero, considere que su "experimento clásico:" es cierto. En este experimento, el hecho importante es que uno no se puede obtener el impulso del electrón cuando el fotón ángulo se mide.
• Ahora, considere la posibilidad de su "experimento de pensamiento" con esta modificación: enviamos dos fotones como usted dijo, pero no somos capaces de dejar de ellos golpeó el electrón en el sime tiempo. En lugar de interactuar con los electrones en dos momentos diferentes. Y esta diferencia en el tiempo es $\Delta t$ y puede ser arbitrarly pequeño.
• Ahora, vamos (reasonabely) supongamos que si puedo calcular el estado del sistema final para mi "experimento de pensamiento", entonces va a depender $\Delta t$. Así que, si me envían $\Delta t\rightarrow 0$, a continuación, obtener una predicción de su "experimento de pensamiento."
• En mi experimento, un fotón golpea el electrón y, a continuación, funciona como el "experimento clásico": el primer fotón de dispersión al azar y no se puede inferir el nuevo impulso del electrón. El segundo fotón llegará a los dispersos de electrones y va a hacer lo mismo que el primero: no se puede obtener el nuevo impulso de la elctron de este nuevo fotón.
• Este resultado no depende de la $\Delta t,$, por lo que debe mantener también en el límite de $\Delta t=0.$ (que es el experimento)