Soy un laico que aprende sobre mecánica cuántica y ondas de probabilidad. Mi entendimiento es que la onda de probabilidad para la posición de una partícula se dispersa por todo el universo.
Tengo dos preguntas sobre las ondas de probabilidad:
1) ¿La onda de probabilidad de una partícula tarda en dispersarse por el espacio?
Por ejemplo, si se forma una partícula en y tengo un detector a un año luz de distancia, ¿será imposible que el detector detecte la partícula hasta que la onda de probabilidad llegue al detector y al menos establezca probabilidad donde se encuentra el detector? Si es así, ¿hay una velocidad determinada para la onda (p. ej., la velocidad de la luz)?
2) En el experimento de doble división en el que se disparan electrones individuales y se detectan al otro lado de las rendijas, ¿por qué las barreras físicas hacen que las ondas interfieran entre sí? Estaba pensando que si las partículas fueran fotones, ¿las rendijas dobles causarían la misma interferencia? ¿Qué pasaría si las rendijas se cortaran en un vidrio perfectamente transparente? Supongo que las ondas de probabilidad no serían interrumpidas por el vidrio, pero ¿es eso cierto?
1) Sí. Teniendo en cuenta el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, se debe tener en cuenta que es imposible distinguir correctamente la velocidad y la posición real de una partícula u onda al mismo tiempo. Realmente es solo teórico que la velocidad de la luz es el límite del movimiento, pero eso es lo que tendemos a suponer.
2) Las bandas de interferencia del experimento de la doble rendija se deben principalmente a la cancelación de fase cuando se aplica a ondas de luz y ondas de sonido. La diferencia en la fase se debe principalmente a las ligeras diferencias en el tiempo que tarda el contenido de la ola en llegar a las rendijas restantes oa la pared de respaldo. Reemplazar las paredes opacas con vidrio (impecable) podría causar distorsión en un patrón de banda similar (nuevamente, debido al tiempo que tardan los fotones en atravesar el vidrio), pero dudo que sea tan perceptible a simple vista. Las células fotovoltaicas mostrarían mejor el resultado, con menos absorción de luz a lo largo del tiempo donde normalmente encontrarías las bandas.
Para su primera pregunta, si produce una partícula que se localiza en un punto determinado, se propaga instantáneamente para llenar todo el espacio y no hay límite de velocidad. Esta es una propiedad no relativista --- el propagador no relativista es de magnitud constante para una condición inicial de función delta (partícula infinitamente concentrada), y esto es intuitivo, ya que el momento es infinitamente incierto.
Si hace que la condición inicial sea un paquete de ondas, el ancho del paquete de ondas se propaga como la raíz cuadrada del tiempo. Esto es más razonable, pero todavía hay una amplitud para moverse tan rápido como quieras, ya que no puedes hacer que la partícula permanezca en una región finita.
Para las partículas relativistas, el resultado es muy similar, aunque con funciones de propagación ligeramente diferentes. Si crea un electrón localizado, encontrará una amplitud para que se mueva más rápido que la luz, que va a cero lejos del cono de luz con una longitud de plegado en e que es aproximadamente la longitud de onda Compton del electrón.
Esto no viola la causalidad solo porque existe la creación de un par de electrones y positrones. Si crea un detector para medir la propagación superlumínica del electrón que hizo, no será posible desenredar la propagación más rápida que la luz de un solo electrón de la detección de un par de electrones diferente producido en el vacío. Esta es la famosa razón por la que las teorías relativistas necesitan antipartículas, y fue comprendida (en diversos grados) por Dirac, Schwinger, Feynman y Dyson.
Para la segunda pregunta, si el vidrio tiene un índice de refracción, aún verá franjas de interferencia. Pero el vidrio con un índice no puede ser perfectamente transparente. Lo que puede hacer es hacer que el índice suba suavemente, de modo que el índice de refracción aumente gradualmente en el vidrio y luego disminuya gradualmente, y en este caso, la luz que atraviesa los agujeros estará desfasada con la luz que atraviesa el vidrio. . Esta luz desfasada se propagará e interferirá según el principio de Huygens-Fresnel, y formará un patrón de interferencia como siempre.
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Ron Maimón