Сколько он собирает?
В квантовой механике квантовый ковер [1] представляет собой регулярный художественный узор, нарисованный эволюцией волновой функции или плотностью вероятности в пространстве декартова произведения координаты положения квантовой частицы и времени или в пространстве-времени, напоминающем ковровое искусство. Это результат самоинтерференции волновой функции при ее взаимодействии с отражающими границами. Например, в бесконечной потенциальной яме после распространения первоначально локализованного гауссовского волнового пакета в центре ямы различные участки волновой функции после отражения от границ начинают перекрываться и интерферировать друг с другом. Геометрия квантового ковра в основном определяется квантовыми дробными возрождениями .
Квантовые ковры демонстрируют многие принципы квантовой механики, включая корпускулярно-волновой дуализм , квантовое возрождение и декогеренцию . Таким образом, они иллюстрируют определенные аспекты теоретической физики.
В 1995 году Майкл Берри создал первый квантовый ковер, описывающий импульс возбужденного атома. Сегодня физики используют квантовые ковры для демонстрации сложных теоретических принципов. [2] [3]
Квантовые ковры, демонстрирующие теоретические принципы
[ редактировать ]Корпускулярно-волновой дуализм
[ редактировать ]Квантовые ковры демонстрируют корпускулярно-волновой дуализм , демонстрируя интерференцию внутри волновых пакетов.
Волновой корпускулярный дуализм трудно постичь. Однако квантовые ковры дают возможность визуализировать это свойство. Рассмотрим график распределения вероятностей возбужденного электрона в замкнутом пространстве (частица в ящике), где яркость цвета соответствует импульсу. На квантовом ковре появляются линии тусклого цвета (призрачные термины или каналы). В этих каналах импульс электрона очень мал. Деструктивная интерференция , когда впадина волны перекрывается с гребнем другой волны, вызывает появление этих призрачных членов. Напротив, некоторые области графика имеют яркий цвет. Конструктивная интерференция , когда гребни двух волн перекрываются, образуя большую волну, вызывает такие яркие цвета. Таким образом, квантовые ковры предоставляют визуальное свидетельство интерференции внутри электронов и других волновых пакетов. Интерференция — это свойство волн, а не частиц, поэтому интерференция внутри этих волновых пакетов доказывает, что они обладают свойствами волн в дополнение к свойствам частиц. Таким образом, квантовые ковры демонстрируют корпускулярно-волновой дуализм. [4]
Квантовые возрождения
[ редактировать ]Квантовые ковры демонстрируют квантовое возрождение , демонстрируя периодические расширения и сжатия волновых пакетов.
Когда импульс волнового пакета изображается на квантовом ковре, он представляет собой сложную картину. Когда временная эволюция этого волнового пакета отображается на квантовых коврах, волновой пакет расширяется, и первоначальная структура теряется. Однако через определенный период времени форма волны сжимается и возвращается в исходное состояние, а первоначальный рисунок восстанавливается. [5] Это продолжает происходить с периодической регулярностью. Квантовые возрождения, периодическое расширение и сжатие волновых пакетов, ответственны за восстановление структуры. [6] Хотя квантовые возрождения математически сложны, их легко и просто визуализировать на квантовых коврах как расширяющиеся и реформирующиеся закономерности. Таким образом, квантовые ковры предоставляют наглядное визуальное свидетельство квантового возрождения.
Декогеренция
[ редактировать ]Квантовые ковры демонстрируют декогерентность, демонстрируя потерю когерентности с течением времени.
Когда временная эволюция электрона, фотона или атома изображается на квантовом ковре, изначально возникает отчетливая закономерность. Эта отчетливая модель демонстрирует согласованность. То есть волну можно разделить на две части и объединить в новую волну. [7] Однако со временем эта закономерность исчезает и в конечном итоге превращается в ничто. Когда узор затухает, теряется связность, и невозможно разделить волну на две части и воссоединить ее. Эта потеря когерентности называется декогеренцией. [8] Набор сложных математических уравнений моделирует декогеренцию. Однако простая потеря узора приводит к декогеренции квантовых ковров. Таким образом, квантовые ковры — это инструмент визуализации и упрощения декогеренции.
История
[ редактировать ]Проводя эксперимент по оптике, английский физик Генри Фокс Талбот случайно обнаружил ключ к квантовым коврам. В этом эксперименте волна ударялась о дифракционную решетку , и Тэлбот заметил, что узоры на решетке повторяются с периодической регулярностью. Это явление стало известно как эффект Тэлбота . Полосы света, открытые Талботом, никогда не были изображены на оси, и поэтому он так и не создал настоящий квантовый ковер. [9] Однако полосы света были похожи на изображения на квантовом ковре. Столетия спустя физики нарисовали график эффекта Тальбота, создав первый квантовый ковер. С тех пор ученые обратились к квантовым коврам как к наглядному доказательству квантовой теории. [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ А.Е. Каплан; И. Марзоли; МЫ Лэмб-младший и В. П. Шляйх (2000). «Многомодовая интерференция: формирование высокорегулярной структуры в эволюции квантовых волновых пакетов» (PDF) . Физ. Преподобный А. 61 (3): 032101–032107. Бибкод : 2000PhRvA..61c2101K . дои : 10.1103/PhysRevA.61.032101 .
- ^ Перейти обратно: а б «Квантовые ковры, ковры света» . Мир физики . 05.06.2001 . Проверено 26 октября 2020 г.
- ^ Холл, Майкл Дж.В.; Райнекер, Мартина С; Шляйх, Вольфганг П. (26 ноября 1999 г.). «Распутывание квантовых ковров: подход бегущей волны» . Журнал физики A: Математический и общий . 32 (47): 8275–8291. arXiv : Quant-ph/9906107 . Бибкод : 1999JPhA...32.8275H . дои : 10.1088/0305-4470/32/47/307 . ISSN 0305-4470 . S2CID 16863219 .
- ^ Фриш, О.М.; Марзоли, я; Шляйх, В.П. (6 марта 2000 г.). «Квантовые ковры, сотканные функциями Вигнера» . Новый журнал физики . 2 (1): 4. Бибкод : 2000NJPh....2....4F . дои : 10.1088/1367-2630/2/1/004 . ISSN 1367-2630 .
- ^ [1] Юсуф, [2] Икбал, [1] Икра, [2] Шахид (30 марта 2018 г.). «Квантовые ковры: исследование для выявления дробных возрождений волновых пакетов». arXiv : 1607.07496 [ квант-ph ].
{{cite arXiv}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Робинетт, RW (2018). «Возрождение квантовых волновых пакетов». Отчеты по физике . 392 (1–2): 1–119. arXiv : Quant-ph/0401031 . дои : 10.1016/j.physrep.2003.11.002 . S2CID 119078522 .
- ^ Болл, Филип (20 октября 2018 г.). «Вселенная всегда смотрит» . Атлантика . Проверено 27 октября 2020 г.
- ^ Каземи, П; Чатурведи, С; Марзоли, я; О'Коннелл, РФ; Шляйх, В.П. (21 января 2013 г.). «Квантовые ковры: инструмент для наблюдения декогеренции» . Новый журнал физики . 15 (1): 013052. Бибкод : 2013NJPh...15a3052K . дои : 10.1088/1367-2630/15/1/013052 . ISSN 1367-2630 .
- ^ Вэнь, Цзяньмин; Чжан, Юн; Сяо, Мин (31 марта 2013 г.). «Эффект Тальбота: последние достижения классической оптики, нелинейной оптики и квантовой оптики» . Достижения оптики и фотоники . 5 (1): 83. Бибкод : 2013AdOP....5...83W . дои : 10.1364/AOP.5.000083 . ISSN 1943-8206 .
 | Эта квантовой механике статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |