A Curious Observer’s Handbook of Quantum Mechanics, Pt. 6: Due fantasmi quantistici

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Una delle rivoluzioni più silenziose Dal nostro secolo attuale, la meccanica quantistica è entrata nella nostra tecnologia quotidiana. Gli effetti quantistici erano limitati ai laboratori di fisica e agli esperimenti microscopici. Ma la tecnologia moderna fa sempre più affidamento sulla meccanica quantistica per i suoi processi fondamentali e gli effetti quantistici aumenteranno di importanza nei prossimi decenni. In quanto tale, il fisico Miguel F. Morales ha assunto l’arduo compito di spiegare la meccanica quantistica alla gente comune in questa serie in sette parti (Non ti promettiamo matematica). Di seguito è riportata la sesta storia della serie, ma puoi sempre trovarla Inizio della storia più di Pagina di destinazione per l’intera serie finora Attivo.

Durante le nostre avventure quantistiche finora, abbiamo visto una serie di effetti quantistici interessanti. Quindi, durante il nostro ultimo viaggio importante, addentriamoci in un angolo particolarmente spaventoso del legno quantico: oggi, vedremo groviglio E il Ordine di misurazione.

Insieme, questi due concetti creano alcuni degli effetti più controintuitivi nella meccanica quantistica. È così controintuitivo che questo sia forse il momento di riaffermare che non c’è nulla in questa serie di mia ipotesi: tutto ciò che abbiamo visto è supportato da centinaia di note. A volte il mondo è più strano di quanto ci aspettiamo.

Ho sempre considerato strano e spaventoso il mondo delle spie e dello spionaggio, quindi potrebbe essere appropriato che la crittografia sia un’applicazione di ciò di cui stiamo parlando oggi. Ma c’è ancora molto da fare prima di arrivarci.

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Giocare sotto il sole

Dopo una lunga passeggiata attraverso una foresta sempre più buia e desolata, alberi aridi che punteggiano le viti, usciamo inaspettatamente in un prato che brilla alla luce del sole. Ogni volta che lampeggia alla luce, indossiamo i nostri occhiali da sole polarizzati.

Le lenti negli occhiali da sole polarizzati sono polarizzate nell’orientamento verticale, il che significa che se indossate in modo naturale, consentiranno alla luce polarizzata di passare verticalmente, ma bloccheranno completamente la luce polarizzata orizzontalmente. Ciò è utile, perché la luce scintillante dell’acqua è spesso polarizzata orizzontalmente; L’obiettivo che consente solo la luce polarizzata verticalmente riducendo notevolmente l’abbagliamento riflesso.

Essendo un po ‘scettici riguardo alla splendida luce del sole nel nostro misterioso vetro, iniziamo a guardare attraverso più paia di occhiali da sole. Fissare due o tre paia di occhiali da sole allo stesso tempo ti fa sembrare stupido, ma questi sono i sacrifici che facciamo per il bene della scienza. Tracciamo un diagramma dei risultati che potresti vedere, ma se riesci a raccogliere tre paia di occhiali da sole polarizzati insieme, puoi fare tutti gli esperimenti in questo articolo a casa.

Quello che vedi guardando attraverso due occhiali da sole polarizzati.  Ogni lente polarizzata consente solo alla luce polarizzata di passare nella direzione della freccia sull'asta.  Tutte le lenti consentiranno il passaggio di metà della luce non polarizzata (grigio medio).  Ma quando la luce deve passare attraverso entrambi gli occhiali, l'orientamento relativo degli occhiali è importante.  A sinistra, entrambe le lenti consentono il passaggio della luce polarizzata verticalmente, quindi tutta la luce che passa attraverso la prima lente passa anche attraverso la seconda lente.  A destra, invece, i vetri sul retro sono ruotati per consentire solo il passaggio della luce polarizzata in orizzontale, che è completamente bloccata dal parabrezza.  Se tieni gli occhiali a un angolo di 45 gradi l'uno rispetto all'altro, metà della luce che passa attraverso il primo paio di occhiali passerà attraverso il secondo paio (1/2 x 1/2 = 1/4 della luce di fondo) .
Ingrandire / Quello che vedi guardando attraverso due occhiali da sole polarizzati. Ogni lente polarizzata consente solo alla luce polarizzata di passare nella direzione della freccia sull’asta. Tutte le lenti consentiranno il passaggio di metà della luce non polarizzata (grigio medio). Ma quando la luce deve passare attraverso entrambi gli occhiali, l’orientamento relativo degli occhiali è importante. A sinistra, entrambe le lenti consentono il passaggio della luce polarizzata verticalmente, quindi tutta la luce che passa attraverso la prima lente passa anche attraverso la seconda lente. A destra, invece, i vetri sul retro sono ruotati per consentire solo il passaggio della luce polarizzata in orizzontale, che è completamente bloccata dal parabrezza. Se tieni gli occhiali a un angolo di 45 gradi l’uno rispetto all’altro, metà della luce che passa attraverso il primo paio di occhiali passerà attraverso il secondo paio (1/2 x 1/2 = 1/4 della luce di fondo) .

Foto di Miguel Morales

Se tieni due paia di tazze davanti a te e poi ruoti una delle coppie, noterai che la quantità di luce che le attraversa varia In modo significativo. Quando gli occhiali sono a un angolo di 90 gradi (ad esempio, uno di essi è tenuto naturalmente, l’altro è di lato) quasi nessuna luce passerà attraverso. L’immagine raccolta attraverso le lenti apparirà quasi completamente nera – per lenti polarizzate veramente buone sarà quasi scura come il vetro. Al contrario, se tenuto nella stessa direzione, lascia all’incirca la stessa quantità di luce di un solo paio di occhiali (con buone lenti polarizzanti installate in perfetto allineamento, questo è assolutamente vero).

Questo è abbastanza facile da capire. Se entrambe le tazze sono tenute verticalmente, la prima coppia di bicchieri lascia passare solo la luce verticale. Poiché la seconda coppia consente anche il passaggio della luce verticale, non ha nulla a bloccarla: tutta la luce che ha attraversato la prima coppia supererà anche la seconda. Al contrario, se teniamo la prima coppia lateralmente in modo che solo la luce orizzontale passi e teniamo la seconda coppia in modo naturale in modo che blocchi la luce orizzontale, allora non ci sarà luce che possa passare attraverso entrambe. Insieme, sembrano molto scuri. E se tieni le due tazze con un angolo di 45 gradi l’una rispetto all’altra, allora questo è nella media; La metà della luce che passa attraverso il primo bicchiere passa attraverso il secondo.

Solo l'orientamento tra le lenti è importante, non il modo in cui sono dirette in relazione all'ambiente.
Ingrandire / Solo l’orientamento tra le lenti è importante, non il modo in cui sono dirette in relazione all’ambiente.

Foto di Miguel Morales

Ciò che conta è solo l’angolo tra le lenti. Se scegliamo un orientamento relativo, come l’intersezione, e ruotiamo le due lenti insieme, vedremo che l’opacità rimane la stessa. Gli occhiali con cornice verde a destra sono tenuti con un angolo di ± 45 ° rispetto alla verticale, ma poiché la prima coppia consente alla luce polarizzata di passare a 45 ° a sinistra dalla verticale, tutta la luce è bloccata.

Sembra tutto avere un senso. Ma poi ti ricordi che questa è meccanica quantistica e la musica sinistra del film inizia a suonare in sottofondo. Aggiungiamo un terzo paio di occhiali. Per aiutare a mantenere tutte le direzioni diritte, utilizzeremo sempre pneumatici blu per le direzioni orizzontale / verticale e pneumatici verdi per le direzioni ± 45 °.

Partendo dalle lenti a croce, aggiungiamo una lente diagonale dietro di essa.
Ingrandire / Partendo dalle lenti a croce, aggiungiamo una lente diagonale dietro di essa.

Foto di Miguel Morales

Inizieremo con due tazze che si intersecano, come mostrato a sinistra. Aggiungeremo quindi una terza lente che punta a un angolo di 45 gradi dietro a I due che abbiamo già. A un esame più attento, questo si comporta come ci aspettavamo. Ovunque oscuri gli occhiali originali, la luce rimane nera. A piccoli angoli dove non c’è interferenza completa, la luce passa attraverso l’obiettivo con un angolo di 45 gradi e una delle altre lenti e otteniamo la tinta più scura che abbiamo visto di nuovo nella Figura 1. Se guardiamo cosa c’è di nuovo, vediamo che l’area in cui la luce dovrebbe passare attraverso tutte le lenti sono anch’esse nere.

Riorganizzare gli occhiali fa una grande differenza.
Ingrandire / Riorganizzare gli occhiali fa una grande differenza.

Foto di Miguel Morales

Ma vedremmo una cosa interessante se riorganizzassimo i bicchieri. Ricominciamo con gli occhiali a croce, ma ora facciamo scorrere l’obiettivo con un angolo di 45 gradi fra essi. Quando lo facciamo, la luce passa attraverso la sovrapposizione delle tre lenti. Quando solo due lenti si sovrappongono, otteniamo i risultati attesi: nero per la croce e colorato per 45 gradi relativamente. Ma sebbene le lenti anteriore e posteriore siano incrociate e non permettano il passaggio della luce, se interferiscono con un’altra lente a polarizzazione media, la luce potrebbe passare improvvisamente.

È strano. Il Preparativi Dagli occhiali è importante. Se stai guardando a casa, prova a capovolgere la disposizione delle lenti. Se le lenti a croce sono una accanto all’altra nella pila, quasi nessuna luce passerà attraverso. Ma se passi dalla cornice blu (orizzontale / verticale) a quella verde (± 45 gradi), passerà un po ‘di luce.

Giustina Rizzo

"Professionista di musica estrema. Twitter geek. Aspirante fanatico di viaggi. Nerd appassionato di alcol."

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