Hemgjord Quantum Laser mikrometer (Nestors mikrometer) (7 / 7 steg)

Steg 7: Författarens anteckningar

Om matematik och invecklade förklaringar skrämma dig eller du är redan förvirrad Läs inte mer.
Du är fortfarande här? Om du vill veta förklarade lite mer ska jag ge dig lite mer information om kvantmekanik för alla att förstå och förklara Quantum Eraser Experiment också... Först och främst kallas egenskapen av blobbar av saker att vara på flera ställen samtidigt "superposition ." Mönstret som du såg med många band av ljus kallades en "interferensmönstret " eftersom ljuset stör själv (det vill säga lite krusningar stöta till sig och därmed interagera).

1.) De Broglie förhållandet
Anledningen till att frågan beter sig på detta sätt är inte något så skrämmande som du kan anta först. Det visar bara att den enda anledningen till att vi ser saker på ett ställe är eftersom vår våg av potentiella platser att vara (vår överlagring av möjliga staterna, eller ringar, etc) är dolda när vi interagerar med något. Stora saker har ett större inflytande/samspel med universum än mindre saker. Exempelvis om du tar en elektron, är det omgivet av tomt utrymme så det är gratis att vara på flera ställen samtidigt. Universum lagra inte information om dess placering eftersom den inte behöver eftersom det inte interagera med något. Vi vet att universum är lata och bara gör vad det har att, ta på enklast möjliga sätt ur något (bevara massa, etc). Nu om vi har en baseball, inte är det omgivet av tomt utrymme. Det är omgivet av gasmolekyler stöta bort av det, ljus slå den, och människor tittar på den. Uppförandet av bollens förflutna utesluter möjligheterna för att det är på flera ställen på grund av den information som omges av den effekt det hade på dess miljö (som luftar utkast som bollen orsakar, det smashing i ett fönster, människors minnen av bollen, ljudvågor, etc). Saker är inte någonstans tills det måste vara någonstans.
Nu finns det ett samband mellan hur stor en klump av materia är, dess hastighet och dess våglängd (hur "vågliknande" det är). Detta förhållande kallas "De-Brolie förhållande " och i princip innebär att en klump våglängd motsvarar Plancks konstant över momentum. Du kan hitta online Plancks konstant och momentum är helt enkelt massa ett objekt gånger dess hastighet. Således kan du hitta hur "vågliknande" du är, en baseboll är, ett korn av sand eller ens en elektron.

2.) relativistiska massan
Några av er skarp läsare kanske har märkt att sedan fart är lika med massan gånger hastighet, och att en foton är noll, fart måste då vara noll och dess våglängd är oändlig. Ja, inte precis. En foton har ingen "vilomassa " men har en "relativistiska massan ." Skillnaden mellan de två typerna av massan är att oavsett vad din hastighet är, vilomassa kommer alltid att vara samma, men inte nödvändigtvis relativistiska massan, som är en följd av effekterna av allmänna relativitetsteorin.
I själva verket stämmer ekvationen för De Broglie våglängd endast hälften, ungefär som de flesta formler i gymnasiet fysik klasser är bara halv sanna. Vad jag menar med detta, är den allmänna relativitetsteorin måste beaktas. För det mesta allmänna relativitetsteorin utelämnas från ekvationer är eftersom det är bara riktigt märkbar när du kommer nära ljusets hastighet.
Den "riktiga" De Broglie-våglängden beräknas som (Plancks konstant / (vilomassa x hastighet)) x sqrt(1 – (Velocity Squared/The Speed of Light Squared)). Observera att det enda vi lagt till ekvationen är multiplikation av en kvadratrot med en massa saker i den. Den sak vi multiplicerat med kallas "Lorentz faktor " och ju närmare du kommer till ljusets hastighet, ju närmare noll det blir.
Observera att när vi ansluter allt i denna modifierade formeln, får vi 0/0. När man får "0/0" att ganska mycket alltid är mattes sätt att säga "tyvärr det kan finnas ett svar, men du måste använda ett annat sätt att få det om det finns." Denna situation är annorlunda än när du får ett tal över noll (infinity) eller noll över något (noll).
Det sättet att vi får det verkliga svaret är naturligtvis förutsätter att fotoner har en relativistic samlas och använda en annan formel. Energi = Plancks konstant x ljushastigheten i vakuum / våglängd. Nu kan du lika gärna använda lilla klistermärket på laserpekare att hitta våglängden och använda den för att beräkna energi. Frekvensen beräknas som 1 / våglängd så du kan använda det förhållandet för att beräkna frekvensen för.

3.) spooky åtgärder på ett avstånd
Nästan alla har hört att ljusets hastighet är "den snabbaste något kan gå," eller med andra ord är "universal hastighetsgränsen." Detta är sant för information. Till exempel om jag skulle skicka dig, och du var ett ljusår bort, finns det inget sätt att du kan ta emot mitt meddelande tidigare än ett år. Detta koncept fungerar för styrkor också. För en kraft att arbeta, som magnetism, gravitation eller något annat, det finns en slags "telefonsamtal" som händer mellan objektet som utövar kraften och den mottagande massan. Gränsen på spridning av information till hastigheten som ljuset sprider kallas information/händelse "ljus kon ." Den information som överförs och tas emot mellan båda massorna yttrar sig i så kallade "virtuella partiklar ." Virtuella partiklar är meddelanden som skickas och tas emot som orsakar massorna att bemöta krafter som de ska.
Nu, om vi vet att ingenting kan påverka något annat snabbare än ljusets hastighet, så vi har kommit över ett uppenbart problem när vi ta hänsyn till kvantmekanik. Till exempel om två partiklar är överlagring med varandra, och en partikel är ett ljusår från andra partikeln, effekter interagera med en omedelbart andra. Detta gör tydligen för "snabbare än ljus meddelande " och Einstein märkt det "spooky åtgärder på distans ," dock detta endast visar en ofullständig förståelse av scenariot och kan förklaras med hjälp av quantum field teorier (tydligen många påstående).

4.) Heisenbergs osäkerhetsprincip och Quantum radergummit
Ett sista begrepp som är intressant är "Heisenbergs osäkerhetsprincip " som mäter exakt hur osäker en mätning är om placering eller fart av en partikel. I ett nötskal, den största skillnaden mellan uppmätta positionen för en partikel och dess verkliga position (osäkerhet i position) gånger den maximala skillnaden mellan uppmätta kraften hos en partikel och dess faktiska rörelsemängd alltid måste större eller lika med Plancks konstant dividerad med två pi. Osäkerhet är anledningen att mätningar av håret blivit felaktigare när vi ökar våglängden. Ökande våglängd (avtagande frekvens) ger en större felaktigheter av ställning, men minskande våglängd (allt oftare) ger en större felaktigheter av hastighet.
Om du vill göra detta ytterligare en del av experimentet och visar vilken effekt av den lilla fotoner vid försök att "se" dem på flera ställen på en gång, att ha dem plötsligt agerar som fasta partiklar igen i stället för vågor sedan kan fortsätta på. Vad vi ska göra är att information om vilka slit varje foton gick igenom tillgängliga, således kollapsa fotonerna vågliknande beteende och sedan göra dem agera som fasta partiklar igen, slutligen, radera denna information så att fotonerna beter sig som vågor igen, vilket visar att där en photon eller liten partikel när som helst bara beslutat just nu den interagerar med universum (observeras eller stöter i något).
För detta behöver du en bit av polariserande film och ett klipp. Du kan få den polariserande filmen från insidan av en liten LCD-skärm eller 3D-glasögon från vissa teatrar.
Nu skär den polariserande filmen i tre lika stora bitar. Flytta en bit 90 grader och placera den bakom en av de andra bitarna. Det bör göra baksidan vända mörka och blockera ljus. Klämma två bitar av film intill varandra med tejp hår (eller ytterst liten bit snöre) rätt exakt var skarv mellan två bitar av filmen är. Vi kommer att använda den tredje delen av filmen i lite.
Hur polarisering fungerar är att ljuset orienterade i endast ett visst sätt kan passera genom en polariserande film. Den inriktning som tillåts passera genom beror på orientering på filmen. Det är anledningen till att vi såg inget ljus kommer igenom två polariserande filter orienterade vinkelrätt mot varandra. Ljus polariserat en gång i en läggning kan inte passera genom det andra filtret eftersom det är aktiverad vinkelrätt och är alltså inte korrekt orientering.
Hur som helst så om vi sken lasern på håret igen ser vi att det vågliknande mönstret finns det inte längre, eftersom av polarisera ljuset från varje sida av hår, vi göra information tillgänglig om vilken sida gick fotonerna igenom. Innan, fotonerna var går igenom båda på samma gång, men nu när de "vet" du tittar på dem och polarisera dem, således märka dem och gör det möjligt att finna ut vilken sida de "egentligen" gick igenom, de bara går igenom en och mönstret är borta.
Du kan selektivt blockera ut fotoner kommer från ena sidan av håret eller andra genom att vrida det tredje stycket av polarisering papper 90 grader eller 180 grader.
Om vi vill få detta vågliknande mönster tillbaka igen, måste vi på något sätt radera denna "tag" på fotonerna. Vi måste radera information som fotonen är polariserat i vilken orientering. Det sättet att vi gör det är vi tar tredje stycke polariserande film och vända den 45 grader. Detta låter några av ljuset från båda sidor av håret komma igenom, och således kan vi inte längre ta reda vilken sida någon av fotonerna gick igenom och förmåga beskrivs tidigare till selektivt blockera ut fotoner från ena eller den andra sidan är borta. Så vågliknande mönster bör visas igen eftersom fotonerna "vet" att de inte längre "bevakas." Experimentet har du just utförde kallas ibland den "Quantum Eraser Experiment ."

5.) vad jag ska göra med min laserskärare från EPILOG ROCKS tävling
Som en galen vetenskapsman och ingenjör skulle en laserskärare vara mycket användbart! Jag gillar alltid att mixtra runt, men oftast är jag fast med endast hushåll material. Laserskärare kommer att vara en god precisionsverktyg att använda i utformningen av framtida prylar som jag jobbar på som ett ljud modulerade teslaspole, skärmar, RC flygande maskiner, robotar och mycket mer. Jag skulle vilja börja ett start-up företag och använda mycket av intäkterna för att hjälpa andra. Laserskärare skulle utan tvekan vara en värdefull tillgång.

Hur som helst hoppas jag du gillade min handledning. Kolla in min youtube-kanal för mer galna vetenskap tutorials du kan göra hemma med hjälp av endast hushåll material!