Fyzikální teorie a experimenty -

David Chalmers

Známý fyzik Richard Feynman byl fascinován Youngovým dvouštěrbinovým experimentem, často tvrdil, že experimentální výsledky nelze vysvětlit z hlediska jednoho nebo více srozumitelných fyzikálních principů.

Pokud však kliknete sem získáte spustitelný soubor (PC formát), který prokáže, že Feynman se mýlí. Program představuje jednoduchý fyzikální jev. Přesně stejné algoritmy se uplatňují bez ohledu na to, zda je otevřena jedna nebo dvě štěrbiny, takže v obou případech platí stejné fyzikální principy. Jak uvidíte, 1 otevřená štěrbina vede ke vzoru bez interference, zatímco 2 otevřené štěrbiny vedou ke standardnímu interferenčnímu vzoru, stejně jako ve skutečném experimentu.

Jednoduchý fyzikální jev použitý v této demonstraci zde není vysvětlen, protože jeho podrobnosti nejsou relevantní pro Feynmanovo tvrzení, že není možné si představit žádný fyzikální jev, který produkuje stejný základní výsledek jako skutečný dvouštěrbinový experiment. Takový jev byl vytvořen, jak dokazuje demonstrace.

Tato demonstrace dokazuje, že experiment lze vysvětlit jednoduše a má mnoho následků. Nyní můžeme bez výhrady konstatovat, že kvantová mechanika potřebuje alespoň jisté vylepšení.

Zde uvedené experimenty a demonstrace ukazují, že teorie vln i kvantová mechanika vyžadují úpravu.

Vlnová teorie

Intenzita světelného paprsku měří intenzitu energie paprsku. Amplituda paprsku se počítá na základě znalosti intenzity, ale amplituda není skutečná entita. Je to jen pohodlný matematický symbol. Mají-li dva paprsky stejnou polarizaci, další matematický koncept, pak, jsou-li paprsky smíchány, musí se přidat amplitudy, pak se získá modul k nalezení nové intenzity kombinovaného paprsku. Na druhé straně, pokud jsou paprsky ortogonálně polarizované, intenzity se musí pouze spočítat. Toto je všechno standardní teorie a ne teorie vlastníka stránek. Po prostudování experimentů a ukázek na tomto místě bude zřejmé, že pozorovaná intenzita NENÍ stejná jako intenzita vlny nebo fotonu.

Kvantová mechanika

Znovu zde existuje koncept zvaný Amplituda, známý také pod několika jinými jmény, se kterým se zachází stejným způsobem jako je již uvedeno výše, ale když se vytvoří modul, říká se, že představuje pravděpodobnost nalezení fotonu v konkrétním bodě v prostoru. Pravděpodobnost fotonu je ekvivalentní intenzitě a jak je uvedeno výše, je zde ukázáno, že je úměrný intenzitě fotonu.


Záměr experimentu. Prokázat, že v interferenčním obrazci zobrazeném na plátně existuje plynulá distribuce dopadajících fotonů a energie. Pro první a nejdůležitější část experimentu jsou zapotřebí pouze tři kusy vybavení, které se obvykle dají nalézt v kterékoli školní fyzikální laboratoři, nebo je lze snadno získat jinde.
Nízkoenergetický laser helium-neon, je nastaven tak, že jeho paprsek naráží na velké plátno vzdálené asi 3 až 4 metry. Hrana zcela nové žiletky s vertikálním ostřím se zavede do laserového paprsku blízko jejího začátku. Je nastavena tak, že přibližně dvě pětiny paprsku jsou blokovány. Uspořádání je zobrazeno na obrázku 1 dole.

Světlo, které prochází velmi blízko k okraji čepele, je rozptyleno, jak je znázorněno na obrázku. Raději používám slovo vychýlené, protože „rozptyleno“ vyvolává dojem, že přesný mechanismus, který způsobuje vychýlení světla, je pochopen – není pochopen. Při dalším porozumění experimentu je nezbytné si uvědomit, že zbytek paprsku, který není blokován, přechází od hrany žiletky příliš daleko, aby byl okrajem ovlivněn nebo vychýlen.
Na plátně nevychýlené světlo vytváří pouze světlý bod, zatímco vychýlené světlo vytváří souvislý paprsek světla, který se rozprostírá rovnoměrně na obou stranách světelného bodu.

Druhá hrana žiletky je nyní zavedena do části laserového paprsku asi 5cm dále podél laserového paprsku. Zavádí se však na druhou stranu paprsku, ale opět tak, že blokuje asi dvě pětiny původního paprsku. Zůstává tedy jedna pětina paprsku, která zůstává neovlivněná a nevychýlená. Druhá hrana, identická s první hranou, má přesně stejné charakteristiky vychýlení světla a energie. Její vliv není ovlivněn první hranou a první hrana není ovlivněna druhou hranou. To vše vyplývá ze skutečnosti, že existuje nevychýlená jedna pětina původního paprsku, která prochází oběma okraji ve stejné vzdálenosti – příliš daleko od hran aby byla ovlivněna. Všimněte si, že tělo druhé žiletky bude blokovat polovinu vychýleného světla od prvního okraje. Druhá hrana však musí způsobovat stejné rozložení světla a energie na plátně jako první hrana. Když prozkoumáme složený obraz na plátně, vidíme, že v části A, kde vychýlené světlo přichází pouze z druhé hrany, je vidět očekávaná souvislá linie světla. Když prozkoumáme obraz v bodě, kde světlo přichází z obou hran (část B), vzniká typický interferenční obrazec způsobený světlem z obou hran žiletky, jak je ukázáno na obrázku 2.

Víme, že obě hrany musí mít stejné rovnoměrné rozložení světla a energie na plátně v bodě B, proto musí existovat stejná distribuce energie ve světlých okrajích jako v tmavých okrajích. Nejprve se to zdálo nemožné, ale musíme pamatovat na to, že experimentální výsledky musí mít vždy přednost před teoriemi, bez ohledu na to, jak dobře a jak dlouho tyto teorie existují a kterým věřilo množství univerzitních studentů. Na dvou zbývajících obrázcích jsou znázorněny způsoby, které potvrzují, že přítomnost kterékoli jedné hrany nemá na druhou hranu žádný vliv. Nejsou uvedena žádná podrobná vysvětlení obrázků, protože metodika bude zřejmá každému, kdo je obeznámen s postupy optických laboratoří.

Závěry

I když standardní teorie tvrdí, že v tmavých okrajích je málo světla a energie, tento experiment ukazuje, že tomu tak není a že v tmavých i světlých okrajových oblastech existuje stejné množství energie. Existuje však známý standardní „důkaz“, že téměř veškerá energie je ve světlých okrajích a téměř žádná v tmavých oblastech, ale je to „důkaz“ závislý na standardních teoriích. Protože zde jsou tyto teorie diskutabilní, nelze je citovat proti experimentálním výsledkům, jinak bychom měli kruhový, a tedy nesmyslný argument.

Zde nenavrhuji žádné podrobné vysvětlení pozorovaného jevu, kromě toho, že používám své osobní vysvětlení pro všechny experimenty a také při demonstraci Youngova dvouštěrbinového experimentu, který si můžete stáhnout, pokud jste tak ještě neučinili. Říkám tomu Akumulátorový efekt. Protože jak vlnová teorie, tak kvantová teorie obsahují tuto chybu, pokud jde o distribuci fotonů v interferenčním modelu, bude třeba je modifikovat, mají-li se nadále vyučovat na školách a univerzitách. Za prvé, bude třeba překonat předsudky a úzkoprsost. Za druhé, bude třeba překonat stres a strach, který souvisí s kariérními vyhlídkami všech učitelů těchto chybných teorií.

Záměr experimentu. Prokázat, že paprsek fotonů může být neviditelný, a tedy téměř nezjistitelný.

Tento experiment je modifikovanou formou Michelsonova interferometru. Má dvě přidané části. Nejprve se přidá další zrcadlo (zrcadlo 3 v diagramu), které odráží zpět do interferometru světlo, které obvykle tvoří hlavní výstup interferometru. Druhou částí je přidání druhého rozdělovače paprsků umístěného mezi laserový výstup a vlastní interferometr. Tento druhý rozdělovač paprsků nasměruje polovinu světla z jediného výstupu, který směřuje zpět k laseru, z interferometru na plátno. Jeho funkcí je poskytnout prostředek pro pohodlné sledování světelného výstupu interferometru. Čočka rozšiřuje obraz na plátně a opět je zde jen pro lepší pohodlí. Všechna zrcátka interferometru jsou nastavena tak, aby byla dokonale zarovnána. Význam zabezpečení tohoto zarovnání jsou zřejmé těm, kteří jsou obeznámeni s prací s interferometry, takže žádné další vysvětlení. Aktuální experiment se nyní provádí pohybem jednoho nebo více zrcadel 1 až 3, takže světlo viditelné na plátně je minimální. Tyto úpravy se samozřejmě provádějí pomocí specializovaných manipulátorů. Bez ohledu na to, jak přesně se vyrábějí optické komponenty, v obraze bude určitá nedokonalost, takže nulové světlo na plátně nebude pravděpodobné, minimum však bude normálně velmi blízko nuly. Otázka zní: Co se stalo se vším světlem a přidruženou energií, která vstupuje do interferometru?

Interpretace: - Dva profesoři analyzovali tento výsledek pomocí teorie vln a jejich závěry jsou poučné. Nejprve sečtou všechny složky světla, které se odrážejí zpět k laseru ak plátnu. Souhlasí, že pro určité polohy těchto tří zrcadel jsou tyto součty v souladu s experimentálním součtem nulové. Na otázku, kde se světlo a energie ztratily, odpověděly, že se rozptýlily na površích zrcadel, protože dochází k několika odrazům. S tímto „vysvětlením“ však existují dva problémy. Za prvé, pokud se světlo rozptýlí v zrcadlech, jak lze spočítat jeho součásti směřující k laseru? Jak může světlo ztracené ve třech zrcadlech existovat i na své cestě k plátnu, když se rozptýlilo v zrcadlech? Druhým způsobem, jak ukázat, že tato interpretace je nesprávná, je použití zrcadel, která propouštějí velmi malou část světla dopadajícího na jejich povrch. Toto propuštěné světlo musí být jen 1 %, aby se zbytek, minus ztráty, odrazil. Toto propuštěné světlo může být monitorováno detektory citlivými na světlo. Propuštěné světlo je samozřejmě malá část světla ve třech ramenech interferometru. Pokud to uděláme, zjistíme, že celkové propuštěné světlo je prakticky konstantní bez ohledu na nastavení zrcadel. Můžeme tedy nastavit intenzitu světla na plátně na maximum nebo minimum (nula) a pozorovat, že intenzita světla ve třech ramenech, a tedy ztráty v těchto třech ramenech, jsou v obou případech stejné. Teď, když je na plátně jasné světlo a ztráty jsou stejné jako když na plátně není nic, znamená to, že ztráty nemohou odpovídat za mizející světlo.

Správná interpretace je samozřejmě jednoduchá a snadno srozumitelná za předpokladu, že člověk odmítne předchozí poučku, které jsme se všichni jednou podřídili. Není nic špatného na poskytnuté poučce pokud si uvědomíme, že je to jen poučka, a že jsme připraveni ji vyřadit, když bude k dispozici lepší vysvětlení nebo bude dostupný původní experimentální výsledek: - jako tady.

Stejně jako v prvním experimentu vidíme, že je možné mít paprsek vln/fotonů, které nejsou viditelné, ale existují.

Tento experiment ukazuje, že dvě hlavní teorie světelného jevu, vlnová a kvantová teorie, jsou chybné a jako takové by měly být rozpoznány, aby bylo možné formulovat modifikované verze. Pokračovat ve výuce teorií, které se experimentem ukázaly jako chybné, je anti-vědecké.

Vždy se tvrdilo, že když dojde ke změně intenzity interferujících paprsků, v důsledku změny fázového vztahu mezi paprsky, pak se zvýšení intenzity v jednom bodě kompenzuje snížením intenzity v jiném bodě. V experimentu popsaném níže se v jednom bodě intenzita změní z tmavé na světlou o 0,736, zatímco jediný další bod, který změní intenzitu, se změní pouze o 0,0032. Z toho vyplývá, že obvyklé tvrzení je nesprávné a vyplývá z toho, že postuláty, teorie a matematické procesy založené na tomto nesprávném přesvědčení musí být do jisté míry chybné.

Experimentální uspořádání je velmi podobné známému Michelsonovu interferometru. Namísto obvyklého rozdělovače paprsků 50%/50% je však použita hrubá skleněná deska. Její skutečná tloušťka není důležitá, pokud je dostatečně hrubá, aby umožnila oddělení určitých různých odrazů. Část obrázku označená „first reflections“ ukazuje, jak je laserový paprsek rozdělen na tři paprsky, když se poprvé setká se skleněnou deskou. Odraz 4% intenzity nastává na předním povrchu desky a je absorbován optickým zastavením „Stop“ (1), protože není potřebný ve zbývajících částech experimentu. Další přibližně 4% se odrazí od vnitřního povrchu desky, z nichž většina opouští desku ve směru ke zrcadlu M1. Zbývajících 92% laserového paprsku opouští vzdálený povrch desky ve směru ke zrcadlu M2. Část obrázku označená „second reflections“ ukazuje, co se stane se dvěma paprsky po odrazech od M1 a M2. Paprsek z M1 se odrazí dvakrát tak, jak se odrazil původní paprsek z laseru, takže 4% z něj se nejprve odrazí k zastavení „Stop“ a druhé 4% se odrazí zpět směrem k laseru. Tyto intenzity jsou tak malé, že pro naše účely je lze zanedbat. Zbývajících 92% (ze 4% z M1) opouští desku směrem ke plátnu. Mezitím paprsek odražený od M2 odráží 4% (z jeho 92%) směrem k cloně, souosově s paprskem od M1. 92% z 92%, což se rovná 84,64% také přechází zpět k laseru. Existují tedy dvě sady paprsků, které mohou konstruktivně nebo destruktivní interferovat podle fázového vztahu nastaveného polohou M2. Tabulka „Table“ na obrázku uvádí výsledné intenzity dvou paprsků pro dvě krajní polohy M2. Tyto polohy jsou určeny pro maximální a minimální intenzitu na plátně. Vidíme, že změna intenzity směrování paprsku směrem k laseru je pouhých 0,0032, zatímco změna na plátně je 0,736, je to poměr 1 ku 23. Tedy pohyb M2 z jedné polohy do druhé mění intenzitu na plátně ze světlé na tmavou, zatímco žádná odpovídající změna intenzity paprsku směrem k laseru neexistuje. Později to lze pohodlně monitorovat nahrazením třetího zastavení „Stop“ za plátno, protože světlo v tomto bodě představuje malý zlomek světla směřujícího zpět k laseru. Všimněte si, že existují i některé další odrazy, které nebyly zmíněny, ale mají velmi nízkou intenzitu a co je důležitější, nezpůsobují žádné rušivé účinky. Experiment velmi jednoduchým způsobem ukazuje, že dva paprsky mohou interferovat, aby poskytly neviditelný paprsek (tmu) bez jakýchkoli dalších kompenzačních vlivů.

Záměr experimentu Prokázat, že v oblasti odpovídající tmavému proužku se energie a fotony, které jsou „neviditelné“, mohou přetransformovat na viditelný obraz.

Přestože přístroj, podobně jako v jiných experimentech, je jednoduchý a snadno přístupný, obsahuje jedno speciální vybavení – zrcadlo. Toto zrcadlo je poněkud neobvyklé, neboť je speciálně tvarované tak, aby odpovídalo tvaru pouze jednoho interferenčního proužku. K vytvoření proužků se používá Michelsonův interferometr, ve kterém jsou odrazková zrcadla velmi mírně vychýlená, ve spojení s krátkou ohniskovou vzdáleností čoček. Uspořádání a vzor proužků jsou znázorněny na obrázku.

K nastavení interferenčního obrazce se používá obrazovka, aby se v kruhu o průměru 3 palce vytvořily asi čtyři proužky. Bylo by možné vyjmout pouze jeden proužek, světlý nebo tmavý, vytvořením vhodně tvarované štěrbiny na plátně, což by však mělo nešťastný účinek na současné vytvoření velkého množství rozptýleného světla způsobené okraji štěrbiny. K překonání této obtíže se používá speciálně tvarované zrcadlo pro výběr a odražení proužku, které se má jednoduše umístit těsně před obrazovku do tmavé nebo světlé páskové oblasti. Efekty rozptýlení se stále vyskytují, ale žádné z rozptylového světla se neodráží do dráhy zbývajících optických komponent, které sestávají ze souboru vhodných čoček (v mém případě 3). Jsou vybrány a umístěny tak, aby poskytovaly mnohem zvětšený obraz zaostřený na dva virtuální světelné zdroje, které způsobují interferenci. Obrazy těchto dvou zdrojů by měly být od sebe vzdáleny asi 1 cm a měly by se objevit na plátně, což lze pohodlně pozorovat v tlumených světelných podmínkách během zbytku experimentu.

Experimentální metoda

1) Speciální zrcadlo je umístěno přesně tam, kde se vyskytují světlé proužky, před obrazovkou a systém čoček je nastaven tak, aby vytvářel jasný obraz dvou světelných zdrojů. Nyní je zrcadlo posunuto do polohy, kde byl dříve na plátně tmavý proužek. Pozorujeme, že dva obrázky zůstávají v podstatě stejné. To je v rozporu se standardním učením, které trvá na tom, že v oblasti s tmavými proužky je velmi málo energie v porovnání s oblastí s jasnými proužky.

2) Nyní systém čoček nastavíme na rozostření obrázků tak, aby se překrývaly, čímž se výrazně sníží celkový jas obrázků. Pokud je malé zrcadlo umístěno tak, aby odráželo světlý proužek, pak překrytí poskytne jasnější obraz, než když se odrazí tmavý proužek. Je zřejmé, že energie procházející systémem čoček je stejná bez ohledu na to, zda jsou obrázky zaostřené nebo neostré, ale intenzita se dramaticky mění. Standardní teorie tento efekt nepředpovídají ani nepřiznávají.

3) V závěrečné části experimentu se použije malý kousek tmavé karty k blokování dráhy světla v interferometru, který je zodpovědný za jeden ze světelných zdrojů. Za těchto podmínek zůstává jen jeden světelný zdroj, takže nemůže dojít k žádnému rušení. To znamená, že tam, kde byla oblast s tmavými proužky, nyní musí být střední intenzita světla. Tato intenzita je rovnoměrná na ploše o průměru 3 palce, kde byly původní proužky. V případě tmavého proužku se tedy jas této oblasti zvýší, když je některý ze světelných zdrojů zablokován. Pozorujeme, že jediný efekt na obrazovce je, že jeden nebo druhý ze dvou obrazů zmizí/znovu se objeví. To znamená, že celkový jas obrazu se (sníží na polovinu)/zdvojnásobí, zatímco intenzita ve zvoleném tmavém proužku se sníží/zvýší. Opět to nebylo možné předvídat podle standardního učení.

Záver:- Každá ze tří variací experimentu demonstrací dokazuje, že to, že není možné vidět světlo na určitém místě, neznamená, že tam není žádná světelná energie a že alespoň v některých situacích lze tuto skrytou energii přeměnit zpět na pozorovatelné světlo.

Cílem experimentu je ukázat jednoduchým argumentem, založeným na klasické vlnové analýze, že tvrzení Diraca, že každý foton prochází nějakým nespecifikovaným způsobem oběma / v / a interferuje sám se sebou.

Zařízení experimentu, které je zde zobrazeno by mohlo být klasifikováno jako experiment typu Vymazávač kvůli poslednímu polarizátoru. Vymazávač se aplikuje na polarizátor těsně před obrazovkou. Laser dodává světlo a výstupní paprsek je rovinně polarizovaný pod úhlem 45 stupňů listovým polarizátorem. Světlo pak vstupuje do uspořádání, které je v podstatě / Nejprve se světlo rozdělí rozdělovačem paprsků a později se rekombinuje druhým rozdělovačem paprsků. Existují dva výstupy z druhého rozdělovače paprsků, ale používá se pouze jeden, druhý dopadá na zarážku, a proto nehraje žádnou další roli v experimentu. Jedna ze dvou drah má vertikálně orientovaný polarizátor, přes který procházejí fotony, zatímco ve druhé dráze je umístěn horizontální polarizátor. Vymazávací polarizátor je umístěn v cestě operativního výstupního paprsku orientovaného pod úhlem 45 stupňů. V obou případech fotony, které procházejí horní / musí být vertikálně polarizovány, a proto nemohou současně procházet spodní / Bez vymazávacího polarizátoru by nevznikl žádný interferenční obrazec, protože je dobře známo, že ortogonálně polarizované paprsky nemohou interferovat. Avšak s vymazávacím polarizátorem v poloze, nastavené na 45 stupňů, mají dva paprsky dosahující na obrazovku stejnou polarizaci, a proto se na obrazovce vytvoří interferenční obrazec.

Analýza

Je nemožné, aby foton mohl jakýmkoli způsobem procházet horní i spodní dráhou kvůli své specifické polarizaci. Proto každý foton prochází jen jednou / ale stále dochází k interferenci. Interference je tedy mezi fotony, které prošly opačnými / Toto je v kontrakci s tvrzením Diraca. Toto tvrzení je však jádrem moderní kvantové mechaniky, která proto musí mít nějaké úpravy, má-li se v budoucnu brát vážně.

Níže jsou uvedeny některé z častých důvodů, proč jsou některé experimenty vadné.
Také uvádím základní důvod, proč jsou tyto typy argumentů neplatné.
1) Experimentální výsledky musí být nesprávné, protože nejsou v souladu se standardními teoriemi.

2) Primární experimentální pozorování jsou taková, jaká by předpovídala standardní teorie.

3) Experimenty lze vysvětlit následující [ad hoc] teorií.

4) Námitky založené na nedostatečném přečtení vysvětlení experimentů.

5) Čistý předsudek založený na dlouhých letech indoktrinace a neochotě přiznat si, že se mýlím.