Experiência de escolha retardada de Wheeler - Wheeler's delayed-choice experiment

John Wheeler, 1995

O experimento de escolha retardada de Wheeler é, na verdade, vários experimentos mentais em física quântica , propostos por John Archibald Wheeler , com o mais proeminente deles aparecendo em 1978 e 1984. Esses experimentos são tentativas de decidir se a luz de alguma forma "sente" o aparato experimental no duplo -slit experimento percorrerá e ajustará seu comportamento para caber assumindo o estado determinado apropriado para ele, ou se a luz permanece em um estado indeterminado, nem onda nem partícula até medida.

A intenção comum desses vários tipos de experimentos é primeiro fazer algo que, de acordo com alguns modelos de variáveis ​​ocultas, faria cada fóton "decidir" se iria se comportar como uma partícula ou se comportaria como uma onda, e então, antes o fóton teve tempo de chegar ao dispositivo de detecção, criar outra mudança no sistema que faria parecer que o fóton havia "escolhido" se comportar de maneira oposta. Alguns intérpretes desses experimentos afirmam que um fóton é uma onda ou uma partícula e que não pode ser os dois ao mesmo tempo. A intenção de Wheeler era investigar as condições relacionadas ao tempo sob as quais um fóton faz essa transição entre supostos estados de ser. Seu trabalho produziu muitos experimentos reveladores. Ele pode não ter antecipado a possibilidade de que outros pesquisadores tendessem à conclusão de que um fóton retém tanto sua "natureza de onda" quanto sua "natureza de partícula" até o momento em que termina sua vida, por exemplo, sendo absorvido por um elétron, que adquire sua energia e, portanto, sobe para um orbital de alta energia em seu átomo.

Esta linha de experimentação revelou-se muito difícil de realizar quando foi concebida. No entanto, provou ser muito valioso ao longo dos anos, uma vez que levou os pesquisadores a fornecer "demonstrações cada vez mais sofisticadas da dualidade onda-partícula de quanta simples". Como explica um experimentador, "O comportamento das ondas e das partículas pode coexistir simultaneamente."

Introdução

" Experimento de escolha retardada de Wheeler " refere-se a uma série de experimentos mentais em física quântica , o primeiro sendo proposto por ele em 1978. Outra versão proeminente foi proposta em 1983. Todos esses experimentos tentam chegar às mesmas questões fundamentais na física quântica . Muitos deles são discutidos no artigo de Wheeler de 1978 "The 'Past' and the 'Delayed-Choice' Double-Slit Experiment", que foi reproduzido em Mathematical Foundations of Quantum Theory de AR Marlow , pp. 9-48.

De acordo com o princípio da complementaridade , as propriedades 'semelhantes a partículas' (como localização exata) ou 'semelhantes a ondas' (como frequência ou amplitude) de um fóton podem ser medidas, mas não ambas ao mesmo tempo . Qual característica é medida depende se os experimentadores usam um dispositivo destinado a observar partículas ou para observar ondas. Quando essa afirmação é aplicada de forma muito estrita, pode-se argumentar que, ao determinar o tipo de detector, pode-se forçar o fóton a se manifestar apenas como uma partícula ou apenas como uma onda. A detecção de um fóton é geralmente um processo destrutivo (consulte Quantum_nondemolition_measurement para medições não destrutivas). Por exemplo, um fóton pode ser detectado como conseqüência de ser absorvido por um elétron em um fotomultiplicador que aceita sua energia, que é então usada para disparar a cascata de eventos que produz um "clique" daquele dispositivo. No caso do experimento da dupla fenda , um fóton aparece como um ponto altamente localizado no espaço e no tempo em uma tela. O acúmulo de fótons na tela indica se o fóton deve ter viajado pelas fendas como uma onda ou se poderia ter viajado como uma partícula. Diz-se que o fóton viajou como uma onda se o acúmulo resultar no padrão de interferência típico de ondas (consulte Double-slit_experiment # Interference_of_individual_particles para uma animação mostrando o acúmulo). No entanto, se uma das fendas for fechada ou dois polarizadores ortogonais forem colocados na frente das fendas (tornando os fótons que passam por fendas diferentes distinguíveis), nenhum padrão de interferência aparecerá, e o acúmulo pode ser explicado como o resultado do fóton viajando como uma partícula.

A mecânica quântica prevê que o fóton sempre viaja como uma onda, no entanto, só pode ver essa previsão detectando o fóton como uma partícula. Assim, surge a pergunta: o fóton poderia decidir viajar como uma onda ou uma partícula, dependendo da configuração experimental? E se sim, quando o fóton decide se vai viajar como uma onda ou como uma partícula? Suponha que um experimento tradicional de fenda dupla seja preparado de forma que qualquer uma das fendas possa ser bloqueada. Se ambas as fendas estiverem abertas e uma série de fótons forem emitidos pelo laser, um padrão de interferência surgirá rapidamente na tela de detecção. O padrão de interferência só pode ser explicado como uma consequência dos fenômenos de onda, de modo que os experimentadores podem concluir que cada fóton "decide" viajar como uma onda assim que é emitido. Se apenas uma fenda estiver disponível, então não haverá padrão de interferência, então os experimentadores podem concluir que cada fóton "decide" viajar como uma partícula assim que é emitido, mesmo que a viagem como uma onda também preveja corretamente a distribuição dos fótons no experimento de fenda única.

Interferômetro simples

Uma maneira de investigar a questão de quando um fóton decide se deve agir como uma onda ou uma partícula em um experimento é usar o método do interferômetro. Aqui está um diagrama esquemático simples de um interferômetro em duas configurações:

Aberto e fechado

Se um único fóton é emitido pela porta de entrada do aparelho no canto esquerdo inferior, ele imediatamente encontra um divisor de feixe. Por causa das probabilidades iguais de transmissão ou reflexão, o fóton continuará em linha reta, será refletido pelo espelho no canto inferior direito e será detectado pelo detector na parte superior do aparelho, ou será refletido pelo feixe -splitter, atinge o espelho no canto superior esquerdo e emerge no detector na borda direita do aparelho. Observando que os fótons aparecem em números iguais nos dois detectores, os experimentadores geralmente dizem que cada fóton se comportou como uma partícula desde o momento de sua emissão até o momento de sua detecção, viajou por um caminho ou outro, e ainda afirmam que sua natureza ondulatória não foi exibida.

Se o aparelho for alterado para que um segundo divisor de feixe seja colocado no canto superior direito, parte dos feixes de cada caminho irá viajar para a direita, onde eles se combinam para exibir interferência em uma tela de detecção. Os experimentadores devem explicar esses fenômenos como consequências da natureza ondulatória da luz. Cada fóton deve ter viajado por ambos os caminhos como uma onda, porque se cada fóton viajasse como uma partícula ao longo de apenas um caminho, os muitos fótons enviados durante o experimento não produziriam um padrão de interferência.

Uma vez que nada mais mudou da configuração experimental para a configuração experimental, e como no primeiro caso se diz que o fóton "decide" viajar como uma partícula e no segundo caso se diz que "decide" viajar como uma onda, Wheeler queria saber se, experimentalmente, poderia ser determinado um momento em que o fóton tomava sua "decisão". Seria possível deixar um fóton passar pela região do primeiro divisor de feixe enquanto não havia divisor de feixe na segunda posição, fazendo com que ele "decidisse" viajar e, em seguida, rapidamente deixaria o segundo divisor de feixe estourar em seu caminho? Tendo presumivelmente viajado como uma partícula até aquele momento, o divisor de feixe o deixaria passar e se manifestar como faria uma partícula se aquele segundo divisor de feixe não estivesse lá? Ou se comportaria como se o segundo divisor de feixe sempre tivesse estado lá? Isso manifestaria efeitos de interferência? E se manifestou efeitos de interferência, para isso, deve ter voltado no tempo e mudado sua "decisão" de viajar como uma partícula para viajar como uma onda. Observe que Wheeler queria investigar várias declarações hipotéticas obtendo dados objetivos.

Albert Einstein não gostou dessas possíveis consequências da mecânica quântica. No entanto, quando foram finalmente concebidos experimentos que permitiam a versão de dupla fenda e a versão com interferômetro do experimento, foi demonstrado de forma conclusiva que um fóton poderia começar sua vida em uma configuração experimental que exigiria que ele demonstrasse sua natureza de partícula. em uma configuração experimental que o exigiria demonstrar sua natureza ondulatória, e que nesses experimentos ele sempre mostraria suas características de onda interferindo em si mesmo. Além disso, se o experimento foi iniciado com o segundo divisor de feixe no lugar, mas foi removido enquanto o fóton estava em vôo, então o fóton inevitavelmente apareceria em um detector e não mostraria qualquer sinal de efeitos de interferência. Portanto, a presença ou ausência do segundo divisor de feixe sempre determinaria a manifestação de "onda ou partícula". Muitos experimentadores chegaram a uma interpretação dos resultados experimentais que diziam que a mudança nas condições finais determinaria retroativamente o que o fóton "decidira" ser ao entrar no primeiro divisor de feixe. Como mencionado acima, Wheeler rejeitou essa interpretação.

Interferômetro cósmico

Quasar duplo conhecido como QSO 0957 + 561, também conhecido como "Quasar Gêmeo", que fica a pouco menos de 9 bilhões de anos-luz da Terra.
Plano de Wheeler

Em uma tentativa de evitar a destruição das idéias normais de causa e efeito, alguns teóricos sugeriram que a informação sobre se havia ou não um segundo divisor de feixe instalado poderia de alguma forma ser transmitida do ponto final do dispositivo experimental de volta ao fóton como era apenas entrar naquele dispositivo experimental, permitindo-lhe tomar a "decisão" apropriada. Então Wheeler propôs uma versão cósmica de seu experimento. Nesse experimento mental, ele pergunta o que aconteceria se um quasar ou outra galáxia a milhões ou bilhões de anos-luz de distância da Terra passasse sua luz ao redor de uma galáxia intermediária ou aglomerado de galáxias que atuariam como lentes gravitacionais. Um fóton dirigindo-se exatamente para a Terra encontraria a distorção do espaço nas proximidades da galáxia massiva interveniente. Nesse ponto, ele teria que "decidir" se percorreria um caminho ao redor da galáxia em lente, viajando como uma partícula, ou percorreria os dois caminhos, viajando como uma onda. Quando o fóton chegasse a um observatório astronômico na Terra, o que aconteceria? Devido às lentes gravitacionais, os telescópios no observatório veem duas imagens do mesmo quasar, uma à esquerda da galáxia da lente e outra à direita dela. Se o fóton viajou como uma partícula e entrou no barril de um telescópio apontado para a imagem do quasar esquerdo, ele deve ter decidido viajar como uma partícula todos aqueles milhões de anos, ou assim dizem alguns experimentadores. Esse telescópio está apontando para o caminho errado para captar qualquer coisa da outra imagem do quasar. Se o fóton viajou como uma partícula e foi ao contrário, ele só será captado pelo telescópio apontando para o "quasar" certo. Então, milhões de anos atrás, o fóton decidiu viajar em seu disfarce de partícula e escolheu aleatoriamente o outro caminho. Mas os experimentadores agora decidem tentar outra coisa. Eles direcionam a saída dos dois telescópios para um divisor de feixe, conforme diagramado, e descobrem que uma saída é muito brilhante (indicando interferência positiva) e que a outra saída é essencialmente zero, indicando que os pares de função de onda de entrada se cancelaram automaticamente.

Caminhos separados e caminhos convergidos via divisor de feixe

Wheeler então faz o papel do advogado do diabo e sugere que talvez para aqueles resultados experimentais a serem obtidos significaria que, no instante em que os astrônomos inseriram seu divisor de feixe, os fótons que haviam deixado o quasar alguns milhões de anos atrás decidiram retroativamente viajar como ondas, e que quando os astrônomos decidiram retirar seu divisor de feixe novamente, essa decisão foi telegrafada de volta no tempo aos fótons que estavam deixando alguns milhões de anos mais alguns minutos no passado, de modo que os fótons decidiram retroativamente viajar como partículas.

Várias maneiras de implementar a ideia básica de Wheeler foram transformadas em experimentos reais e apóiam a conclusão que Wheeler antecipou - que o que é feito na porta de saída do dispositivo experimental antes que o fóton seja detectado determinará se ele exibe fenômenos de interferência ou não. A retrocausalidade é uma miragem.

Versão de dupla fenda

Aparelho de dupla fenda de Wheeler.

Um segundo tipo de experimento se assemelha ao experimento de fenda dupla comum. O diagrama esquemático deste experimento mostra que uma lente do outro lado das fendas duplas faz o caminho de cada fenda divergir ligeiramente do outro depois que se cruzam bem perto dessa lente. O resultado é que nas duas funções de onda para cada fóton estarão em superposição dentro de uma distância razoavelmente curta das fendas duplas, e se uma tela de detecção for fornecida dentro da região em que as funções de onda estão em sobreposição, então padrões de interferência serão vistos. Não há como determinar que um determinado fóton tenha chegado de uma ou outra das fendas duplas. No entanto, se a tela de detecção for removida, as funções de onda em cada caminho se sobreporão às regiões de amplitudes mais baixas e mais baixas, e seus valores de probabilidade combinados serão muito menores do que os valores de probabilidade não reforçados no centro de cada caminho. Quando os telescópios visam interceptar o centro dos dois caminhos, haverá probabilidades iguais de quase 50% de que um fóton apareça em um deles. Quando um fóton é detectado pelo telescópio 1, os pesquisadores podem associar esse fóton à função de onda que emergiu da fenda inferior. Quando um é detectado no telescópio 2, os pesquisadores podem associar esse fóton à função de onda que emergiu da fenda superior. A explicação que apóia essa interpretação dos resultados experimentais é que um fóton emergiu de uma das fendas e isso é o fim da questão. Um fóton deve ter começado no laser, passado por uma das fendas e chegado por um único caminho em linha reta ao telescópio correspondente.

A explicação retrocausal, que Wheeler não aceita, diz que com a tela de detecção instalada, a interferência deve se manifestar. Para que a interferência se manifeste, uma onda de luz deve ter emergido de cada uma das duas fendas. Portanto, um único fóton ao entrar no diafragma de dupla fenda deve ter "decidido" que precisa passar por ambas as fendas para poder interferir consigo mesmo na tela de detecção (não deveria a tela de detecção ser colocada na frente do fendas duplas?). Para que nenhuma interferência seja manifestada, um único fóton entrando no diafragma de dupla fenda deve ter "decidido" passar por apenas uma fenda, porque isso faria com que ele aparecesse na câmera no único telescópio apropriado.

Neste experimento de pensamento, os telescópios estão sempre presentes, mas o experimento pode começar com a tela de detecção presente, mas sendo removida logo após o fóton deixar o diafragma de dupla fenda, ou o experimento pode começar com a tela de detecção ausente e, em seguida, sendo inserido logo após o fóton deixar o diafragma. Alguns teóricos argumentam que inserir ou remover a tela no meio do experimento pode forçar um fóton a decidir retroativamente a passar pelas fendas duplas como uma partícula quando anteriormente havia transitado por ela como uma onda, ou vice-versa. Wheeler não aceita esta interpretação.

O experimento de dupla fenda, como os outros seis experimentos idealizados (microscópio, feixe dividido, dentes inclinados, padrão de radiação, polarização de um fóton e polarização de fótons emparelhados), impõe uma escolha entre modos complementares de observação. Em cada experiência, descobrimos uma maneira de atrasar a escolha do tipo de fenômeno a ser procurado até o estágio final de desenvolvimento do fenômeno, e isso depende do tipo de dispositivo de detecção que então fixamos. Esse atraso não faz diferença nas previsões experimentais. Nesta partitura tudo o que encontramos foi prenunciado naquela frase solitária e fecunda de Bohr, "... isso ... não pode fazer diferença, no que diz respeito aos efeitos observáveis ​​obtidos por um arranjo experimental definido, sejam nossos planos para construir ou manusear os instrumentos são fixados de antemão ou se preferimos adiar a conclusão do nosso planejamento para um momento posterior, quando a partícula já está a caminho de um instrumento para outro. "

Interpretação bohmiana

Uma das maneiras mais fáceis de "entender" o paradoxo da escolha retardada é examiná-lo usando a mecânica bohmiana . As implicações surpreendentes do experimento original da escolha retardada levaram Wheeler à conclusão de que "nenhum fenômeno é um fenômeno até que seja um fenômeno observado", o que é uma posição muito radical. Wheeler disse a famosa frase que "o passado não tem existência exceto conforme registrado no presente", e que o Universo não "existe, independente de todos os atos de observação".

No entanto, Bohm et al. (1985, Nature vol. 315, pp294-97) mostraram que a interpretação Bohmiana dá uma explicação direta do comportamento da partícula sob a configuração da escolha retardada, sem recorrer a uma explicação tão radical. Uma discussão detalhada está disponível no artigo de código aberto de Basil Hiley e Callaghan, enquanto muitos dos paradoxos quânticos, incluindo a escolha atrasada, são convenientemente e compactamente discutidos no Capítulo 7 do Livro A Physicist's View of Matter and Mind (PVMM) usando ambos Bohmian e interpretações padrão.

Na mecânica quântica de Bohm, a partícula obedece à mecânica clássica, exceto que seu movimento ocorre sob a influência adicional de seu potencial quântico . Um fóton ou elétron tem uma trajetória definida e passa por uma ou outra das duas fendas e não por ambas, como no caso de uma partícula clássica. O passado é determinado e permanece o que era até o momento T 1, quando a configuração experimental de detectá-lo como onda foi alterada para a de detectar uma partícula no tempo de chegada T 2 . Em T 1 , quando a configuração experimental foi alterada, o potencial quântico de Bohm muda conforme necessário, e a partícula se move classicamente sob o novo potencial quântico até T 2, quando é detectada como uma partícula. Assim, a mecânica bohmiana restaura a visão convencional do mundo e de seu passado. O passado está lá fora como uma história objetiva inalterável retroativamente por escolha retardada, ao contrário da visão radical de Wheeler.

O "potencial quântico" Q (r, T) costuma ser considerado como atuando instantaneamente. Mas, na verdade, a mudança da configuração experimental em T 1 leva um tempo finito dT. O potencial inicial. Q (r, T <T 1 ) muda lentamente ao longo do intervalo de tempo dT para se tornar o novo potencial quântico Q (r, T> T 1 ). O livro PVMM referido acima faz a observação importante (seção 6.7.1) que o potencial quântico contém informações sobre as condições de contorno que definem o sistema e, portanto, qualquer mudança do conjunto experimental é imediatamente reconhecida pelo potencial quântico e determina a dinâmica da partícula Bohmiana.

Detalhes experimentais

A discussão original de John Wheeler sobre a possibilidade de um quantum de escolha atrasada apareceu em um ensaio intitulado "Law Without Law", que foi publicado em um livro que ele e Wojciech Hubert Zurek editaram chamado Quantum Theory and Measurement , pp 182-213. Ele apresentou suas observações reprisando a discussão entre Albert Einstein, que queria uma realidade compreensível, e Niels Bohr, que achava que o conceito de realidade de Einstein era muito restrito. Wheeler indica que Einstein e Bohr exploraram as consequências do experimento de laboratório que será discutido abaixo, em que a luz pode encontrar seu caminho de um canto de uma matriz retangular de espelhos semiprateados e totalmente prateados para o outro canto, e então pode ser levado a revelar-se não apenas como tendo percorrido metade do perímetro por um único caminho e depois saído, mas também como tendo percorrido os dois lados do perímetro e, então, "feito uma escolha" entre sair por uma porta ou o outro. Esse resultado não é válido apenas para feixes de luz, mas também para fótons individuais de luz. Wheeler comentou:

O experimento na forma de interferômetro , discutido por Einstein e Bohr, poderia teoricamente ser usado para investigar se um fóton às vezes sai por um único caminho, sempre segue dois caminhos, mas às vezes só faz uso de um, ou se algo mais surgiria . No entanto, era mais fácil dizer: "Iremos, durante as execuções aleatórias do experimento, inserir o segundo espelho meio prateado pouco antes do fóton ser programado para chegar lá", do que descobrir uma maneira de fazer tal substituição. A velocidade da luz é muito rápida para permitir que um dispositivo mecânico faça esse trabalho, pelo menos dentro dos limites de um laboratório. Era preciso muita engenhosidade para contornar esse problema.

Depois que vários experimentos de apoio foram publicados, Jacques et al. alegou que um experimento deles segue totalmente o esquema original proposto por Wheeler. Seu experimento complicado é baseado no interferômetro Mach-Zehnder , envolvendo um gerador de fótons de centro de cor N-V de diamante disparado, polarização e um modulador eletro-óptico atuando como um divisor de feixe comutável. A medição em configuração fechada mostrou interferência, enquanto a medição em configuração aberta permitiu determinar o caminho da partícula, o que impossibilitou a interferência.

Em tais experimentos, argumentou Einstein originalmente, não é razoável que um único fóton viaje simultaneamente por duas rotas. Remova o espelho meio prateado no [canto superior direito], e um vai descobrir que um contador dispara, ou o outro. Assim, o fóton percorreu apenas uma rota. Ele viaja apenas uma rota. mas viaja em ambas as rotas: viaja em ambas as rotas, mas viaja apenas uma rota. Que absurdo! Quão óbvio é que a teoria quântica é inconsistente!

Interferômetro no laboratório

A versão Wheeler do experimento com interferômetro não pôde ser realizada em laboratório até recentemente por causa da dificuldade prática de inserir ou remover o segundo divisor de feixe no breve intervalo de tempo entre a entrada do fóton no primeiro divisor de feixe e sua chegada ao local fornecido para o segundo divisor de feixe. Esta realização do experimento é feita estendendo-se os comprimentos de ambos os caminhos, inserindo comprimentos longos de cabo de fibra ótica. Isso torna o intervalo de tempo envolvido com os trânsitos pelo aparelho muito mais longo. Um dispositivo comutável de alta velocidade em um caminho, composto de uma chave de alta voltagem, uma célula de Pockels e um prisma Glan – Thompson , torna possível desviar esse caminho de seu destino normal para que ele efetivamente chegue a um beco sem saída . Com o desvio em operação, nada pode alcançar nenhum dos detectores por meio desse caminho, portanto, não pode haver interferência. Com ele desligado, o caminho retoma seu modo normal de ação e passa pelo segundo divisor de feixe, fazendo com que a interferência reapareça. Este arranjo não insere e remove realmente o segundo divisor de feixe, mas torna possível mudar de um estado no qual a interferência aparece para um estado no qual a interferência não pode aparecer, e faz isso no intervalo entre a luz que entra no primeiro feixe - divisor e luz saindo do segundo divisor de feixe. Se os fótons tivessem "decidido" entrar no primeiro divisor de feixe como ondas ou partículas, eles devem ter sido direcionados para desfazer essa decisão e passar pelo sistema em seu outro disfarce, e devem ter feito isso sem nenhum processo físico sendo retransmitida para os fótons que entram ou para o primeiro divisor de feixe porque esse tipo de transmissão seria muito lento, mesmo na velocidade da luz. A interpretação de Wheeler dos resultados físicos seria que em uma configuração dos dois experimentos uma única cópia da função de onda de um fóton entrante é recebida, com 50% de probabilidade, em um ou nos outros detectores, e que sob a outra configuração duas cópias de a função de onda, viajando por caminhos diferentes, chega a ambos os detectores, estão fora de fase entre si e, portanto, apresentam interferência. Em um detector, as funções de onda estarão em fase umas com as outras e o resultado será que o fóton tem 100% de probabilidade de aparecer naquele detector. No outro detector, as funções de onda estarão 180 ° fora de fase, cancelarão umas às outras exatamente e haverá uma probabilidade de 0% de seus fótons relacionados aparecerem naquele detector.

Interferômetro no cosmos

O experimento cósmico imaginado por Wheeler poderia ser descrito como análogo ao experimento de interferômetro ou como análogo a um experimento de dupla fenda. O importante é que, por meio de um terceiro tipo de dispositivo, um objeto estelar massivo atuando como uma lente gravitacional, os fótons de uma fonte podem chegar por duas vias. Dependendo de como as diferenças de fase entre os pares de função de onda são arranjadas, tipos correspondentemente diferentes de fenômenos de interferência podem ser observados. A possibilidade de mesclar as funções de onda de entrada ou não, e como mesclar as funções de onda de entrada pode ser controlado por experimentadores. Não há nenhuma das diferenças de fase introduzidas nas funções de onda pelo aparato experimental como há nos experimentos de interferômetro de laboratório, portanto, apesar de não haver dispositivo de dupla fenda perto da fonte de luz, o experimento cósmico está mais próximo do experimento de dupla fenda. No entanto, Wheeler planejou para o experimento fundir as funções de onda de entrada usando um divisor de feixe.

A principal dificuldade em realizar este experimento é que o experimentador não tem controle ou conhecimento de quando cada fóton começou sua viagem em direção à Terra, e o experimentador não sabe os comprimentos de cada um dos dois caminhos entre o quasar distante. Portanto, é possível que as duas cópias de uma função de onda possam chegar em momentos diferentes. Combiná-los no tempo para que pudessem interagir exigiria o uso de algum tipo de dispositivo de atraso no primeiro a chegar. Antes que essa tarefa pudesse ser realizada, seria necessário encontrar uma maneira de calcular o atraso de tempo.

Uma sugestão para sincronizar entradas das duas extremidades deste aparato experimental cósmico reside nas características dos quasares e na possibilidade de identificar eventos idênticos de alguma característica do sinal. As informações dos Quasares Gêmeos que Wheeler usou como base para sua especulação chegam à Terra com aproximadamente 14 meses de diferença. Encontrar uma maneira de manter um quantum de luz em algum tipo de loop por mais de um ano não seria fácil.

Fendas duplas no laboratório e cosmos

Substitua o divisor de feixe registrando as imagens projetadas do telescópio em uma tela de detecção comum.

A versão de Wheeler do experimento da dupla fenda é organizada de modo que o mesmo fóton que emerge de duas fendas pode ser detectado de duas maneiras. A primeira forma permite que os dois caminhos se juntem, permite que as duas cópias da função de onda se sobreponham e mostra a interferência. A segunda maneira se afasta da fonte de fótons para uma posição onde a distância entre as duas cópias da função de onda é muito grande para mostrar efeitos de interferência. O problema técnico no laboratório é como inserir uma tela de detector em um ponto adequado para observar os efeitos de interferência ou remover essa tela para revelar os detectores de fótons que podem ser restritos a receber fótons das regiões estreitas do espaço onde as fendas são encontradas. Uma maneira de realizar essa tarefa seria usar os espelhos comutáveis ​​eletricamente desenvolvidos recentemente e simplesmente mudar as direções dos dois caminhos a partir das fendas, ligando ou desligando um espelho. No início de 2014, nenhum experimento desse tipo foi anunciado.

O experimento cósmico descrito por Wheeler tem outros problemas, mas direcionar cópias de função de onda para um lugar ou outro muito depois de o fóton envolvido ter presumivelmente "decidido" se será uma onda ou uma partícula não requer grande velocidade. Um tem cerca de um bilhão de anos para fazer o trabalho.

A versão cósmica do experimento com interferômetro pode ser facilmente adaptada para funcionar como um dispositivo cósmico de dupla fenda, conforme indicado na ilustração. Wheeler parece não ter considerado essa possibilidade. No entanto, foi discutido por outros escritores.

Experimentos atuais de interesse

O primeiro experimento real a seguir a intenção de Wheeler de que um aparelho de dupla fenda seja submetido à determinação do método de detecção de jogo final é o de Walborn et al.

Pesquisadores com acesso a radiotelescópios originalmente projetados para a pesquisa SETI explicaram as dificuldades práticas de conduzir o experimento interestelar Wheeler.

Um experimento recente de Manning et al. confirma as previsões padrão da mecânica quântica padrão com um átomo de hélio.

Conclusões

Ma, Zeilinger et al. resumiram o que pode ser conhecido como resultado de experimentos que surgiram das propostas de Wheeler. Eles dizem:

Qualquer explicação do que acontece em uma observação individual específica de um fóton deve levar em conta todo o aparato experimental do estado quântico completo consistindo de ambos os fótons, e só pode fazer sentido depois que todas as informações relativas às variáveis ​​complementares forem registradas. Nossos resultados demonstram que o ponto de vista de que o fóton do sistema se comporta definitivamente como uma onda ou definitivamente como uma partícula exigiria uma comunicação mais rápida do que a luz. Como isso estaria em forte tensão com a teoria da relatividade especial, acreditamos que tal ponto de vista deveria ser abandonado inteiramente.

Veja também

Bibliografia

  • Jacques, Vincent; Wu, E; Grosshans, Frédéric; Treussart, François; Grangier, Philippe; Aspect, Alain; Roch, Jean-François (2007). "Realização experimental do experimento de Gedanken de escolha retardada de Wheeler". Ciência . 315 (5814): 966–8. arXiv : quant-ph / 0610241 . Bibcode : 2007Sci ... 315..966J . doi : 10.1126 / science.1136303 . PMID  17303748 . S2CID  6086068 .
  • Bibliografia online listando todas as obras de Wheeler
  • John Archibald Wheeler, "The 'Past' and the 'Delayed-Choice Double-Slit Experiment'," pp 9–48, em AR Marlow, editor, Mathematical Foundations of Quantum Theory , Academic Press (1978)
  • John Archibald Wheeler e Wojciech Hubert Zurek, Quantum Theory and Measurement (Princeton Series in Physics)
  • John D. Barrow, Paul CW Davies e Jr, Charles L. Harperm Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosmology, and Complexity ( Cambridge University Press ) 2004
  • Xiao-song Ma, Johannes Kofler e Anton Zeilinger, Delayed-choice gedanken experimentos e suas realizações , arXiv : 1407.2930 , março de 2016. Artigo de pesquisa.

Referências

links externos