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Oltre il buon senso nel mondo quantistico: in che modo i fotoni ribaltano la nostra comprensione di causa ed effetto?
Nel campo della meccanica quantistica, gli esperimenti di cancellazione quantistica a scelta ritardata mettono alla prova la nostra comprensione di base del tempo, della causalità e del ruolo dell'osservatore. Questo esperimento è stato proposto per la prima volta da Kim Woo-ho e altri nel 1998 ed ha esplorato le strane caratteristiche del comportamento dei fotoni nell'esperimento della doppia fenditura, che ha innescato un mistero duraturo: la natura dei fotoni è un'onda o una particella?
Base sperimentale
Nell'esperimento base della doppia fenditura, il raggio laser brilla su due fenditure parallele Quando lo schermo di rilevamento è posizionato sull'altro lato della fenditura, ciò che si osserva è lo schema di interferenza della luce, mostrando che ciascun fotone sembra. passare attraverso due fenditure parallele contemporaneamente. Una fessura, il che è ovviamente contrario al concetto di oggetti separati nella nostra esperienza quotidiana.
"In questo mondo quantistico, l'atto di osservazione non può trattare contemporaneamente i fotoni come particelle e onde."
Quando un fotone viene rilevato attraverso la fenditura, qualsiasi osservazione del suo percorso distrugge la figura di interferenza. Ciò rivela il principio di complementarità, secondo il quale i fotoni possono esibire il comportamento di particelle o onde, ma non possono essere osservati in entrambi i modi contemporaneamente.
Concetto di esperimento di cancellazione quantistica a selezione ritardata
L'essenza dell'esperimento di cancellazione quantistica a selezione ritardata è che anche se il fotone è stato rilevato, il processo per determinare se è possibile ottenere l'informazione sul "percorso" può essere ritardato. Ciò ha portato gli scienziati a chiedersi: gli eventi passati influenzano i risultati futuri o le osservazioni future possono modificare gli eventi passati?
"Tali risultati mettono alla prova la nostra comprensione fondamentale delle relazioni causali."
Design sperimentale di Jin Youhao e altri
Nell'esperimento di Jin Youhao, una coppia di fotoni entangled è stata generata utilizzando la fastidiosa doppia fenditura e la conversione parametrica spontanea (SPDC). Quando un fotone segnale (fotone primario) passa attraverso la doppia fenditura, può essere rilevato e registrato insieme ad una coppia di "fotoni inattivi" intrecciati.
Il rilevamento del fotone del segnale determinerà se è possibile osservare il modello di interferenza. Se le osservazioni con fotoni inattivi rivelano informazioni sul percorso, si osserva un semplice modello di diffrazione senza interferenze di inclusione. Se si sceglie di non acquisire informazioni sul percorso, verrà osservato un chiaro schema di interferenza.
"La scelta di osservare i fotoni può essere fatta dopo che l'evento si è verificato, ed è questo che sorprende."
L'impatto della cancellazione quantistica
Attraverso questa serie di esperimenti, possiamo vedere il divario tra il comportamento della meccanica quantistica e la nostra cognizione intuitiva. Anche se le scelte future possono sembrare influenzare il comportamento passato, l’esperimento in realtà sta solo testando le proprietà intrinseche di un sistema quantistico, ovvero il sistema esiste in “iperposizioni” finché non viene osservato.
Conseguenze e direzioni future della ricerca
L'esperimento di cancellazione quantistica a selezione ritardata non solo fornisce una nuova prospettiva sulla fisica, ma innesca anche una profonda discussione sulla "causalità". La ricerca futura potrebbe continuare a scoprire il significato più profondo dei fenomeni quantistici, nonché a esplorare la natura del tempo, l’esistenza del libero arbitrio e il ruolo dell’osservatore nell’universo.
Tutto ciò ci porta a pensare: nel profondo del mondo quantistico, la causalità esiste davvero o è solo un fantasma della ragione umana?
