Gå til innhold

kvantefysikk og the double slit experiment


Anbefalte innlegg

slik jeg har forstått det så er kvantefysikken ganske så merkelig, og mye av det rimer ikke like bra med vår nåværende forståelse av verden.

 

men en ting som interesserer meg er at ting endrer seg hvis det er en observatør i nærheten, altså at mikropartikler kan være både bølger og partikler på samme tid og også være flere steder på samme tidspunkt, mens når man prøver å observere hva som skjer, så skjer ikke dette lenger.

 

the observer changes the observed.

 

det er vel det eksperimentet som heter the double slit experiment hvor man ser at dette skjer.

simpel forklaring:

 

er det noen som kan forklare litt bedre hva som egentlig foregår, eller har noen synspunkter på det?

 

nå skal det sies at jeg er en ganske lettlest idiot på dette området, ettersom jeg ikke har noen utdanning innen realfag og bare leser om slike ting på internettet... men interessant er det.

Lenke til kommentar
Videoannonse
Annonse
slik jeg har forstått det så er kvantefysikken ganske så merkelig, og mye av det rimer ikke like bra med vår nåværende forståelse av verden.

Jeg er også "en lettlest idiot" på dette feltet, men jeg griper likevel til tastaturet. Når du skriver "nåværende" så regner jeg med at du mener den vanlige oppfattelsen, altså blant folk flest. Altså de som aldri har prøvd å forstå hva kvantemekanikken går ut på. For vitenskaplig sett er det kvantemekanikken som er vår nåværende forståelse av verden.

 

Den danske fysikeren Niels Bohr, en av pionerene innen kvantemekanikk, skal visstnok ha uttalt at de som hevder at de forstår kvantemekanikken ikke har forstått noe som helst av den. Denne uttalelsen har vært min trøst mange ganger når jeg har lest om de snodige fenomenene som finnes overalt i kvantemekanikken. Dette har dessuten lært meg til å godta slike "eksotiske" fenomener heller enn å prøve å forstå dem. For i likhet med de fleste som skraper i overflaten av kvantemekanikken, altså for sånne "lettleste idioter" som deg og meg, så virker mange av sammenhengene og forklaringsmodellene ofte fullstendig absurde.

 

En av grunnpillarene i kvantemekanikken (slik jeg har oppfattet det) er at reaksjon ikke nødvendigvis er lik aksjon, altså at årsak ikke nødvendigvis behøver å føre til virkning. I kvantemekanikken operer man i stedet med sannsynligheter for at noe leder til noe annet. Det betyr at det faktisk finnes visse muligheter for at skjer noe annet enn det klassisk fysikk forteller oss. Dette er med årsak/virkning er en av jo en av grunnpillarene i klassisk fysikk, så når kvantefysikerne forteller at sånn er det ikke nødvendigvis i kvantemekanikken, da faller mange av lasset, fordi dette ikke stemmer med den vanlige oppfattelse av verden.

 

F.eks finnes i følge kvantemekanikken en viss (veeeldig liten) mulighet for at du skal kunne gå rett gjennom nærmeste vegg uten at verken du eller veggen tar skade. Sånt er absurd for de fleste av oss, men det er ofte slike absurditeter kvantefysikerne må forholde seg til.

 

Så mitt svar til ditt spørsmål om "the observer changes the observed" er egentlig ikke noe svar, jeg forstår det ikke jeg heller. Men jeg godtar det som en del av vår nåværende kvantemekanikk-forståelse av verden. Foreløpig er det å godta det det eneste jeg kan gjøre.

Endret av SeaLion
Lenke til kommentar

Jeg tror filmsnutten fremstiller eksperimentet på en misvisende måte. Det er ikke mulig å være en passiv observatør. Når vi tenker på observasjoner tenker vi på å se på ting, men da er det egentlig fotonene som gjør observasjonene. Også fotonene påvirker det de observerer, selv om det på så stort nivå er umerkelig.

Lenke til kommentar
Jeg tror filmsnutten fremstiller eksperimentet på en misvisende måte. Det er ikke mulig å være en passiv observatør. Når vi tenker på observasjoner tenker vi på å se på ting, men da er det egentlig fotonene som gjør observasjonene. Også fotonene påvirker det de observerer, selv om det på så stort nivå er umerkelig.

Nei, det er faktisk fremstilt riktig.. selv om det virker absurd sett fra et "sunn fornuft"-perskeptiv. :)

 

Hvis eksperimentet utføres slik at man ikke observerer/påviser hvilken "slit" fotonet eller elektronet går gjennom så oppstår interferens-mønsteret - selv om de skytes en og en av gangen, men hvis eksperimentet endres slik at man påviser hvilken "slit" det går gjennom så forsvinner det. Og det er jo forsåvidt som du sier.. det er ikke mulig å være en helt passiv observatør.. Og det har jo med et annet prinsipp i kvantefysikken å gjøre.. at energi er diskre - at den kommer i "klumper" eller kvanta (derav navnet på denne fysikken). Så selv det "letteste" fotonet har en minste mengde energi - denne er proposjonal med bølgelengden... Så jo mer "presist" man prøver å påvise et partikkel - jo mere energi tilfører man partikkelet (og derav endres det også).

Endret av pax1
Lenke til kommentar

hvis kvantefysikken fungerer på denne måten, så må jo det si noe om vårt forhold til virkeligheten... det virker fullstendig ulogisk, men da vil jo det si at vår bevissthet er mer knyttet til verden rundt oss enn det man skulle tro.

 

eller?

 

er vel her subjektiv virkelighet vs. objektiv virkelighet og lignende kommer inn.

Lenke til kommentar
Man må huske på at selv om man i kvantemekanikken regner med kun sannsynligheter for at det "logiske" skal skje, så er sannsynligheten for nettopp det "logiske" utfallet meget stor. Derfor oppfatter vi til daglig at vi lever i en logisk verden.

 

For å utdype litt...

 

Plancks konstant, ħ, som beskriver proposjonaliteten mellom energien et foton kan ha og dens frekvens er ekstremt liten. Man kan også se det som evnen et (bølge)partikkel har til å låne energi. Dette medfører at den kaotiske og "udeterministiske" (sannsynlighetsbaserte) oppførselen man observerer på (sub-)atomisk nivå viskes ut når man observerer fenomener på makroskopiske skala.

 

På (sub-)atomisk nivå kan, som det ble nevnt i en annen tråd, en (bølge)partikkel "låne" nok energi til å "passere gjennom en betongvegg", men på makroskopisk nivå blir avstandene og antall (bølge)partikler alt for store til at det tilsvarende i praksis kan skje. Selv om man kan regne det ut, er sannsynligheten i praksis null for at et menneske, f.eks, skal kunne gå tvers gjennom en betongvegg :)

 

Eller sagt på en litt annen måte.. kvante-kaoset og den "udeterministiske" oppførselen man har gjennom bølgefunksjoners sannsynlighetsverdier "kollapser" eller faller sammen til en enkelt, deterministisk verdi på makroskopiske skalaer.

Lenke til kommentar
For å utdype litt...

 

Plancks konstant, ħ, som beskriver proposjonaliteten mellom energien et foton kan ha og dens frekvens er ekstremt liten. Man kan også se det som evnen et (bølge)partikkel har til å låne energi. Dette medfører at den kaotiske og "udeterministiske" (sannsynlighetsbaserte) oppførselen man observerer på (sub-)atomisk nivå viskes ut når man observerer fenomener på makroskopiske skala.

 

På (sub-)atomisk nivå kan, som det ble nevnt i en annen tråd, en (bølge)partikkel "låne" nok energi til å "passere gjennom en betongvegg", men på makroskopisk nivå blir avstandene og antall (bølge)partikler alt for store til at det tilsvarende i praksis kan skje. Selv om man kan regne det ut, er sannsynligheten i praksis null for at et menneske, f.eks, skal kunne gå tvers gjennom en betongvegg :)

 

Eller sagt på en litt annen måte.. kvante-kaoset og den "udeterministiske" oppførselen man har gjennom bølgefunksjoners sannsynlighetsverdier "kollapser" eller faller sammen til en enkelt, deterministisk verdi på makroskopiske skalaer.

 

 

Men "makroverden" vil vel fremdeles forbli probabilistisk (indeterministisk) - iallefall til en viss grad - hvis noe i universet faktisk er indeterministisk? Jeg tenker spesielt på kaosteori og sommerfugleffekt. Det er vel ikke likegyldig om et elektron går i retning a eller b. Kaosteorien sier vel at to initialverdier som bare er såvidt forskjellige leder til vidt forskjellige systemer etter en viss tid. :)

Lenke til kommentar
Men "makroverden" vil vel fremdeles forbli probabilistisk (indeterministisk) - iallefall til en viss grad - hvis noe i universet faktisk er indeterministisk? Jeg tenker spesielt på kaosteori og sommerfugleffekt. Det er vel ikke likegyldig om et elektron går i retning a eller b. Kaosteorien sier vel at to initialverdier som bare er såvidt forskjellige leder til vidt forskjellige systemer etter en viss tid. :)

Vel.. kaosteori og sommerfugleffekt er noe annet enn det kvante-kaoset vi har snakket om til nå. Det du snakker om har med følsomheten i dynamiske systemer for (veldig) små variasjoner i (start-)parametre.. og problemet med å fullstendig beskrive og kjenne prosessene i slike systemer :)

Lenke til kommentar
Men "makroverden" vil vel fremdeles forbli probabilistisk (indeterministisk) - iallefall til en viss grad - hvis noe i universet faktisk er indeterministisk? Jeg tenker spesielt på kaosteori og sommerfugleffekt. Det er vel ikke likegyldig om et elektron går i retning a eller b. Kaosteorien sier vel at to initialverdier som bare er såvidt forskjellige leder til vidt forskjellige systemer etter en viss tid. :)

Vel.. kaosteori og sommerfugleffekt er noe annet enn det kvante-kaoset vi har snakket om til nå. Det du snakker om har med følsomheten i dynamiske systemer for (veldig) små variasjoner i (start-)parametre.. og problemet med å fullstendig beskrive og kjenne prosessene i slike systemer :)

 

 

Ja, nettopp. Og da skulle man tro at systemet også er følsom for små variasjoner på planck-nivå, og at en "innebygd usikkerhet" på dette nivået vil forplante seg oppover i systemet (fra mikroplan til makroplan), og slik sett generere en "innebygd usikkerhet" på makroplan. Det kan godt være at det er en god grunn for at det ikke er tilfelle, men jeg har til gode å høre en forklaring. :)

Lenke til kommentar
Se det jeg skrev i #7 :)

 

 

Jeg forstod post 7 som en forklaring på hvorfor veldig usannsynlige hendelser sjeldent blir observert (f eks å gå gjennom veggen), men jeg kan ha misforstått litt. :)

 

La meg spørre på en litt annen måte:

Elektronet opptrer probabilistisk, ikke sant? Vil ikke da et probabilistisk elektron gjøre at atomet i sin helhet også er probabilistisk? Elektronet er jo en sentral del av atomet. Så hvor går da probabilismen over i determinisme? Jeg forstår det som at du mener at den verden vi opplever (på makroplan) er deterministisk, selv om naturen på elektronnivået (mikronivå) er probabilistisk? Dvs hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden til alle universets bestanddeler på det "første nivået av determinisme", samt alle naturlover, så kunne man (fremdeles i teorien) beregnet seg frem til enhver fremtidig hendelse på makroplanet med 100% sannsynlighet, selv om probabilismen faktisk råder på atomplanet?

 

Hvor kommer så katten til Schrödinger inn i dette bildet? Hvis jeg hadde hatt et måleutstyr for å måle et bestemt elektrons spinn på et bestemt tidspunkt, og bestemte meg for at dersom det blir et opp-spinn så skal jeg dra ut på byen i kveld, mens hvis det blir et ned-spinn så blir jeg hjemme. Vil ikke da probabilismen på mikroplanet faktisk innvirke direkte på makroplanet, ved at det blir en faktisk usikkerhet angående om jeg drar ut eller blir hjemme? Hvor tok da determinismen veien?

 

Forstår du poenget mitt? Jeg forsøker virkelig å forstå dette! :)

Lenke til kommentar
Dvs hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden til alle universets bestanddeler på det "første nivået av determinisme", samt alle naturlover, så kunne man (fremdeles i teorien) beregnet seg frem til enhver fremtidig hendelse på makroplanet med 100% sannsynlighet, selv om probabilismen faktisk råder på atomplanet?

Dette er veldig gode spørsmål, og det kan fort bli litt filosofisk hva slags tilnærming man egentlig skal ha til dette :)

 

Skal forsøke å svare på det litt mer utfyllende, men et veldig kort svar foreløpig, basert på min (begrensede) forståelse.

 

Du skriver "hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden....". Men ifølge Heisenbergs usikkerhetsprinsipp så er det ikke mulig å ha kunnskap på dette nivået (selv ikke "i teorien")- ikke på grunn av praktiske begrensninger (kan ikke foreta så mange målinger osv), men på grunn av fundamental usikkerhet innebygget i naturens bestanddelere selv:

 

(usikkerhet rundt posisjon) x (usikkerhet rundt hastighet) x (masse) > h,

 

hvor h er Plankcs konstant.

 

Det er altså en innebygget usikkerhet som alltid vil ha et minste nivå.. jo mer presist man måler posisjon, jo mindre presist måler man hastighet, og omvendt.

 

Einstein følte at denne begrensningen lå hos oss som observatører - selv om våre målinger ikke kan bli mer presise enn et minste usikkerhetsnivå, så har likevel et partikkel (f.eks) en bestemnt posisjon og hastighet. Her stammer også hans sitat "Gud spiller ikke terning.. " fra. Men jo mer vi har forstått i kvantefysikk jo mer ser det ut til at denne usikkerheten er en fundamental egenskap i naturen, og ikke bare en begrensning i observatøren.

 

Men, denne usikkerheten råder som nevnt på mikroskopisk nivå.... og som beskrevet veldig kort i #7 så "forsvinner" denne usikkerheten på makroskopisk nivå.

 

Så hva er konklusjonen?... Råder determenisme eller kaos?...

 

Og her blir vel diskusjonen kanskje fort litt filosofisk. Det er god konsensus om at på kvante-nivå så råder usikkerhet og sannsynlighet når det gjelder posisjon, hastighet osv... bølgefunksjoner gir sannsynlighetsverdier for hvordan elektronet i et Hydrogen-atom opptrer, f.eks. Men på den andre side så "mister" kvantefysikken sin relevans på makroskopiske skalaer..

Lenke til kommentar

Mange bra forklaringer her :)

 

Ang. overgangen til klassisk fysikk:

Dersom du ser på veldig veldig veldig mange (10^23-mange) atomer som en enhet, så er ikke lengre usikkerheten i hva enkeltatomene kan komme til å finne på interessant. Det som da blir interessant, er hvor mange som gjør A, og hvor mange som gjør B. Og med ekstremt mange atomer, så kan man regne ut dette med svært liten feilmargin.

 

Dermed ender man opp med statistisk mekanikk og annen "klassisk" fysikk.

Lenke til kommentar
Dvs hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden til alle universets bestanddeler på det "første nivået av determinisme", samt alle naturlover, så kunne man (fremdeles i teorien) beregnet seg frem til enhver fremtidig hendelse på makroplanet med 100% sannsynlighet, selv om probabilismen faktisk råder på atomplanet?

Dette er veldig gode spørsmål, og det kan fort bli litt filosofisk hva slags tilnærming man egentlig skal ha til dette :)

 

Skal forsøke å svare på det litt mer utfyllende, men et veldig kort svar foreløpig, basert på min (begrensede) forståelse.

 

Du skriver "hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden....". Men ifølge Heisenbergs usikkerhetsprinsipp så er det ikke mulig å ha kunnskap på dette nivået (selv ikke "i teorien")- ikke på grunn av praktiske begrensninger (kan ikke foreta så mange målinger osv), men på grunn av fundamental usikkerhet innebygget i naturens bestanddelere selv:

 

Her tror jeg faktisk vi snakker litt forbi hverandre. :) Jeg snakker ikke om elektroner, for dem har vi jo blitt enige om at er indeterministiske. Det er derfor jeg skrev "bestanddeler på det første nivået av determinisme", dvs når man har zoomet ut såpass mye at indeterminsmen har blitt visket ut. Hvis determinismen råder derfra og utover, så vil man med 100% kunnskap på det nivået kunne spå enhver fremtidig hendelse med 100% sikkerhet. Hvis det derimot ikke er mulig (i teorien!) på noe som helst nivå (dvs hverken på mikro- eller makronivå), så kan man ikke si at determinismen eksisterer. Da er det alltid en viss usikkerhet som gjelder, selv om vi snakker om at en bestemt gren av potensielle fremtider er 99,999% sannsynlig, og de resterende grenene må dele de siste 0,001% seg imellom. :p

 

Igjen håper jeg at jeg gjør meg forstått. Ikke alltid like lett å lage ord av tanker. :)

Lenke til kommentar
Dvs hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden til alle universets bestanddeler på det "første nivået av determinisme", samt alle naturlover, så kunne man (fremdeles i teorien) beregnet seg frem til enhver fremtidig hendelse på makroplanet med 100% sannsynlighet, selv om probabilismen faktisk råder på atomplanet?

Dette er veldig gode spørsmål, og det kan fort bli litt filosofisk hva slags tilnærming man egentlig skal ha til dette :)

 

Skal forsøke å svare på det litt mer utfyllende, men et veldig kort svar foreløpig, basert på min (begrensede) forståelse.

 

Du skriver "hvis man (i teorien) hadde hatt kunnskap om tilstanden....". Men ifølge Heisenbergs usikkerhetsprinsipp så er det ikke mulig å ha kunnskap på dette nivået (selv ikke "i teorien")- ikke på grunn av praktiske begrensninger (kan ikke foreta så mange målinger osv), men på grunn av fundamental usikkerhet innebygget i naturens bestanddelere selv:

 

Her tror jeg faktisk vi snakker litt forbi hverandre. :) Jeg snakker ikke om elektroner, for dem har vi jo blitt enige om at er indeterministiske. Det er derfor jeg skrev "bestanddeler på det første nivået av determinisme", dvs når man har zoomet ut såpass mye at indeterminsmen har blitt visket ut. Hvis determinismen råder derfra og utover, så vil man med 100% kunnskap på det nivået kunne spå enhver fremtidig hendelse med 100% sikkerhet. Hvis det derimot ikke er mulig (i teorien!) på noe som helst nivå (dvs hverken på mikro- eller makronivå), så kan man ikke si at determinismen eksisterer. Da er det alltid en viss usikkerhet som gjelder, selv om vi snakker om at en bestemt gren av potensielle fremtider er 99,999% sannsynlig, og de resterende grenene må dele de siste 0,001% seg imellom. :p

 

Igjen håper jeg at jeg gjør meg forstått. Ikke alltid like lett å lage ord av tanker. :)

 

Veldig kort svar: Kaosteori og sommerfugleffekt.

 

EDIT:

 

Hmm. Post #8600... Alltid gøy med runde tall, spesielt når man oppdager dem!

Endret av kyrsjo
Lenke til kommentar
Hvis determinismen råder derfra og utover, så vil man med 100% kunnskap på det nivået kunne spå enhver fremtidig hendelse med 100% sikkerhet. Hvis det derimot ikke er mulig (i teorien!) på noe som helst nivå (dvs hverken på mikro- eller makronivå), så kan man ikke si at determinismen eksisterer. Da er det alltid en viss usikkerhet som gjelder, selv om vi snakker om at en bestemt gren av potensielle fremtider er 99,999% sannsynlig, og de resterende grenene må dele de siste 0,001% seg imellom. :p

Ok, da forstår jeg.. snakket nok litt forbi hverandre, ja :)

 

Tror igjen svaret blir litt filosofisk.. en del mener vel at med en slik kunnskap så burde man kunne spå utviklingen sikkert, mens andre mener at kaos og følsomheten i dynamiske systemer er slik at 100% sikkerhet er umulig. Jeg vet ikke om det er noe "fasit-svar" på spørsmålet... men jeg tror personlig ikke at det på dette (makroskopiske) nivået er noen iboende "kaos-egenskap" i naturen som forhindrer en slik sikkerhet...; Naturlovene gjelder, men systemene er så følsomme for variasjoner i startparametre, så komplekse og med så mange avhengigheter at det i praksis blir umulig. Det er vel det beste svaret jeg kan gi. :)

Lenke til kommentar
Hvor kommer så katten til Schrödinger inn i dette bildet? Hvis jeg hadde hatt et måleutstyr for å måle et bestemt elektrons spinn på et bestemt tidspunkt, og bestemte meg for at dersom det blir et opp-spinn så skal jeg dra ut på byen i kveld, mens hvis det blir et ned-spinn så blir jeg hjemme. Vil ikke da probabilismen på mikroplanet faktisk innvirke direkte på makroplanet, ved at det blir en faktisk usikkerhet angående om jeg drar ut eller blir hjemme? Hvor tok da determinismen veien?

 

Ser ikke noe problem her. Det du sier er helt riktig (at mikrohendelser kan blåses opp til makronivå). Men det med å drepe (eller ikke) katten er fremdeles lettere å forstå og forutsi enn hva et menneske velger å gjøre eller ikke gjøre. Du kan ombestemme deg i siste liten og si at du ikke har lyst til å bli hjemme selv om elektron-spin peker ned. Så det å forsøke å lage en fullstendig prognose for fremtiden blir enda mer tvilsom affære når det er mennesker i bildet.

Lenke til kommentar
men en ting som interesserer meg er at ting endrer seg hvis det er en observatør i nærheten, altså at mikropartikler kan være både bølger og partikler på samme tid og også være flere steder på samme tidspunkt, mens når man prøver å observere hva som skjer, så skjer ikke dette lenger.

 

En forklaring på Heisenbergs prinsippet jeg har hørt er at man trenger kortere og kortere bølgelengder for å måle posisjonen mer og mer presist. Kortere bølgelengde betyr høyere frekvens og følgelig mer energi og impuls. Når denne "målefotonen" nå treffer den partikkelen vi ønsker å måle, blir store mengder energi og impuls overført og da endrer vi selvfølgelig hastigheten denne partikkelen hadde. Og hvis vi måler med fotoner som har lavere energi, er bølgen lengre og posisjonen måles mindre nøyaktig.

Lenke til kommentar

Opprett en konto eller logg inn for å kommentere

Du må være et medlem for å kunne skrive en kommentar

Opprett konto

Det er enkelt å melde seg inn for å starte en ny konto!

Start en konto

Logg inn

Har du allerede en konto? Logg inn her.

Logg inn nå
×
×
  • Opprett ny...