Teoria HPT daje proste wytlumaczenie obserwowanych koincydencji w czasie prowadzenia doświadczen z fotonami uzyskanymi za pomocą BBO (tzw. splątanych fotonow – ang. twin photons). HPT dziala bez wprowadzania problematycznych oddzialywan pomiedzy tymi splątanymi fotonami juz po akcie emisji. W Teorii HPT wszystkie oddzialywania są lokalne. Wyniki pomiaru są określone przez wlasciwości obiektow obecnych w miejscu pomiaru. HPT opiera sie na wprowadzeniu tzw. faktycznego kąta polaryzacji T. Wartośc kąta T jest określana jednorazowo, w trakcie oddzialywania cząstek w momencie ich generacji, to znaczy tylko w momencie uzyskiwania stanu ich tzw. splątania. Ten dodatkowy parametr fizyczny T - kąt faktycznej polaryzacji Hoszowskiego - jest związany lokalnie z kazdą cząstką oddzielnie. Ta praca udowadnia, ze jest to mozliwe.
Teoria HPT daje proste wytlumaczenie obserwowanych koincydencji w czasie prowadzenia doświadczen z fotonami uzyskanymi za pomocą BBO (tzw. splątanych fotonow – ang. twin photons). HPT dziala bez wprowadzania problematycznych oddzialywan pomiedzy tymi splątanymi fotonami juz po akcie emisji. W Teorii HPT wszystkie oddzialywania są lokalne. Wyniki pomiaru są określone przez wlasciwości obiektow obecnych w miejscu pomiaru. HPT opiera sie na wprowadzeniu tzw. faktycznego kąta polaryzacji T. Wartośc kąta T jest określana jednorazowo, w trakcie oddzialywania cząstek w momencie ich generacji, to znaczy tylko w momencie uzyskiwania stanu ich tzw. splątania. Ten dodatkowy parametr fizyczny T - kąt faktycznej polaryzacji Hoszowskiego - jest związany lokalnie z kazdą cząstką oddzielnie. Ta praca udowadnia, ze jest to mozliwe.
Obecnie uważa się, że teoria kwantów przewiduje splątanie stanów odległych obiektów, wyrażające się w tym, że wyniki pomiaru na jednym z nich natychmiast wpływają na rozkład statystyczny wyników pomiaru odpowiedniej wielkości na drugim. Kluczowe znaczenie dla uzasadnienia tego poglądu ma twierdzenie Bella. Można przypuszczać, że powodem fiaska dotychczasowych prób podważenia tego wyniku teoretycznego jest brak wystarczająco wnikliwej refleksji nad specyfiką pomiarów kwantowych, których wyniki odtworzyć miałby taki model. Przeszkodą może tu być specyficzne dla interpretacji kopenhaskiej przeświadczenie, że przed pomiarem badany obiekt nie będący w stanie własnym odpowiedniej obserwabli nie ma żadnej z własności odpowiadającej pomiarowi aktualnie. Być może należałoby powrócić do wcześniejszych wyobrażeń opartych na „mikroskopie Heisenberga” i zreinterpretować redukcję stanu jako reorientację wektora stanu. Naturalną strategią poszukiwania modelu klasycznego, który miałby odtworzyć łamiące nierówności Bella korelacje kwantowe, jest próbować złożyć je na karb wspólnej przyczyny. Decydującym założeniem twierdzenia Bella jest jednak warunek będący uszczegółowieniem jednego z warunków występujących w teorii wspólnej przyczyny Reichenbacha. Kluczem do jego podważenia może okazać się odróżnienie od determinizmu „prima facie” determinizmu naukowego, dokonane przez Poppera w kontekście zjawisk deterministycznego chaosu. Zgodnie z tą sugestią, nieodłączny od pomiaru kwantowego proces reorientacji miałby być właśnie procesem chaotycznym. Należałoby jeszcze wykazać, że redukcje stanu w eksperymentach EPR, o których mowa w twierdzeniu Bella, można zreinterpretować jako reorientacje. W pracy przedstawiony został jakościowy argument przemawiający za takim przypuszczeniem.
Analiza uzasadnienia twierdzenia Bella prowadzi do wniosku, że wynika z niego zasadniczo nielokalny charakter zjawisk kwantowych. Jakikolwiek kompletny model eksperymentów typu EPRB musiałby wyjaśnić zarazem fakt doskonałej korelacji wyników takich samych pomiarów na obu cząstkach, jak też łamanie w pewnych innych wypadkach nierówności Bella. Ten pierwszy fakt jest w stanie wyjaśnić jedynie model deterministyczny. Gdyby jednak spełniał on warunek lokalności relatywistycznej, zabraniający rozprzestrzeniania się oddziaływań przyczynowych szybciej od światła, to korelacja wyników pomiarów na obu cząstkach odpowiedzialna za łamanie nierówności Bella musiałaby być konsekwencją wspólnej przyczyny. Tymczasem w świetle teorii wspólnej przyczyny Reichenbacha skutki wspólnej przyczyny muszą spełniać warunek "ekranowania" (screening off), którego szczególny przypadek nieuchronnie prowadzi do spełnienia nierówności Bella. Jedynym wyjaśnieniem obu wspomnianych faktów może się więc wydawać założenie, że stany obu cząstek pozostają w nielokalnym związku, którym jest dosłownie rozumiane splątanie kwantowe. Alternatywą jest jednak założenie, że wspólne przyczyny w modelu eksperymentów EPRB muszą być niereichenbachowskie, tj. nie spełniać warunku "ekranowania". To zaś jest możliwe dzięki uwikłaniu w pomiary kwantowe procesów chaosu deterministycznego. Tymczasem w literaturze przedmiotu ten kierunek poszukiwania sposobu podważenia twierdzenia Bella jest systematycznie omijany. Nie tylko temat chaosu nie pojawia się w tym kontekście, ale nawet nie próbuje się kwestionować powszechności "ekranowania" dla modeli deterministycznych. Być może ten stan rzeczy w jakimś stopniu wynika z motywacji pozamerytorycznych. Światopoglądowo atrakcyjny może wydawać się holistyczny obraz rzeczywistości, w którym wszystko jest ze wszystkim nierozerwalnie powiązane. Dosłowna interpretacja splątania kwantowego sprawia wrażenie realizacji takiego obrazu, co jego entuzjastów może zniechęcać do poszukiwania sposobu jej uniknięcia.
Tajemnica spinu elektronuWstęp Mechanika kwantowa, mechanika falowa, a obecnie elektrodynamika kwantowa (QED) coraz dokładniej opisują mikroświat.Mimo wspaniałego postępu teorii w naszym myśleniu nie rezygnujemy z poznania modeli i narzędzi, którymi posługuje się fizyka współczesna.Chcę ułatwić wędrówkę po drodze, jaką przeszli fizycy, opisując spin elektronu, i wskazać na te właściwości spinu, które nie mieszczą się w potocznym "zdrowym rozsądku".W mechanice kwantowej, zapoczątkowanej przez Plancka i Einsteina (1905) oraz Bohra (1913), energia jest ziarnista -może być przekazywana atomowi kwantami hf, gdzie h jest stałą Plancka, a f częstotliwością pola elektromagnetycznego. Takimi porcjami można wzbudzać atom Bohra, który znajduje się tylko w stanach dyskretnych, zwanych poziomami energetycznymi.Mechanikę falową zainicjował de Broglie (1923), który postulował, że każdy obiekt o masie m może ukazać się w postaci fali o długości λ = h/p, tym krótszej, im większy jest jego pęd p. Falowo-korpuskularną naturę elektronu zawiera mechanika falowa Schrödingera (1926), w której dyskretne stany stają się stanami prawdopodobnymi, opisanymi za pomocą operatora gęstości.Tak więc w mechanice falowej każdy stan jest superpozycją stanów występujących z określonym prawdopodobieństwem.Połówkowy spin elektronu spowodował burzliwy rozwój mechaniki falowej.Pojawiło się równanie Pauliego (1925) i relatywistyczne równanie Diraca (1928), a także powstała nowa dziedzina matematyki -algebra spinorów, opisująca przekształcenia obrotów odpowiadające cząstce o spinie S = 1/2.Ukoronowaniem dotychczasowych dokonań fizyki jest elektrodynamika kwantowa (QED), a jej modele najdokładniej opisują właściwości elektronu.Aby przybliżyć nam pojęcia mechaniki kwantowej, Arkadiusz Piekara w książce Nowe oblicze optyki za pomocą klocków ilustrował stany o dyskretnych wartościach energii.Pokazał tam, że leżące na stole pudełko zapałek ma trzy stany energii, przy czym każdy ze stanów jest dwukrotnie zdegenerowany.Idąc tropem tego znakomitego popularyzatora fizyki, można powiedzieć, że dwa poziomy energetyczne mają: elektron o spinie S = 1/2 w polu magnetycznym i stożek znajdujący się na płaskiej powierzchni stołu (ryc.1). Mystery of electron spinElectron being an elementary particle has a spin degree of freedom, which makes its properties mysterious.These strange properties reveal themselves after localization narrowing the wave packet.Correction of the spin magnetic moment leads to the complex electron picture.It is not a "naked" object, but "dressed" in photons and in the multibody effect caused by the vacuum fluctuation.
Tematem niniejszej rozprawy jest modelowanie procesu emisji spontanicznej zachodz ącego w ośrodku o strukturze kryształu fotonicznego.Z uwagi na możliwość opisu analitycznego struktury, w pracy ograniczono się do badania jednowymiarowego kryształu fotonicznego, co jednak pozwala opisać najistotniejsze cechy zjawiska w sposób w pełni ścisły.Dzięki temu można sformułować ogólne wnioski, podaj ąc jednocześnie założenia i ograniczenia, którym one podlegaj ą.Jednowymiarowe kryształy fotoniczne charakteryzuj ą się takimi samymi cechami, jak bardziej złożone dwu-lub trójwymiarowe, dlatego przedstawiona analiza i płyn ące z niej wnioski maj ą zastosowanie także dla nich.W rozprawie przedstawiono analityczny model pola elektromagnetycznego w strukturze jednowymiarowego kryształu fotonicznego -oparty na metodzie macierzy przejścia tzw.model efektywnego rezonatora, utworzony według pomysłu autora rozprawy.Podano interpretację fizyczn ą parametru struktury zdefiniowanego w tym modelu, tzw.widma modowego, które pozwala na łatw ą i przejrzyst ą analizę struktury modowej i bezpośrednio przekłada się na szybkość emisji spontanicznej.Wskazano sposób konstrukcji ortonormalnej bazy modów struktury oraz pokazano liczne właściwości matematyczne modelu.W oparciu o model efektywnego rezonatora wyprowadzono wyrażenie na szybkość emisji spontanicznej dla jednego i wielu atomów.W ten sposób otrzymany został opis charakteryzuj ący za pomoc ą widma modowego wpływ warstw jednowymiarowego kryształu fotonicznego na emisję spontaniczn ą.Jest to opis bardzo wygodny z punktu widzenia projektanta struktur tego typu i stanowi oryginalny wkład autora rozprawy.Z przeprowadzonych obliczeń wyci ągnięte zostały wnioski dotycz ące wpływu parametrów i defektów struktury na emisję spontaniczn ą, w szczególności pokazano, że emisja do modu defektowego słabnie wraz z oddalaniem się od zdefektowanej warstwy.Otrzymane wyniki dla przypadku wielu atomów w różnych warstwach struktury uczyniły zasadnym także postawienie hipotezy, iż kolektywna emisja fotonu przez parę atomów, z których jeden znajduje się w otoczeniu silnie hamuj ącym emisję spontaniczn ą, może stanowić dla tego atomu dominuj ący mechanizm emisji.
Zadanie 17Historia zaczyna się od pewnego dość młodego, bo ledwie dobiegającego czterdziestki pana.W 1916 roku w swojej pracy naukowej zasugerował on istnienie zjawiska nowego typu.Elektron w atomie może przebywać w stanie podstawowym, o najniższej energii, lub w którymś ze wzbudzonych.Obliczenia wskazywały, że jeśli elektron jest w stanie wzbudzonym, a na atom padnie kwant promieniowania o energii odpowiadającej różnicy między poziomem wzbudzonym a niższym, wówczas elektron przejdzie do stanu niższego, emitując kwant promieniowania identyczny z padającym."Na wejściu" mamy więc jeden foton, a "na wyjściu" już dwa, o tej samej energii, fazie i polaryzacji, poruszające się w tym samym kierunku.Nowe zjawisko jest zatem naturalną metodą powielania fotonów.Współcześni ocenili odkrycie jako mało przydatne, przecież atomy najczęściej przebywają w stanie podstawowym!Inwersja obsadzeń, czyli sytuacja, gdy w układzie fizycznym mamy więcej atomów wzbudzonych niż w stanie podstawowym, wydawała się skrajnie mało prawdopodobna.Sceptyczne przyjęcie nie miało specjalnego wpływu na samopoczucie odkrywcy, bo ten był już światu doskonale znany z innych powodów.Zapewne dlatego dziś tak niewielu pamięta, że opisane zjawisko, czyli emisję wymuszoną, odkrył Albert Einstein.Na podstawie: Jarosław Chrostowski, Era posłusznych fotonów, "Wiedza i Życie" nr 6, 2010.Zadanie 17.1 (0-1) Pewien fizyk twierdzi, że gdy na atom w stanie wzbudzonym pada kwant promieniowania o energii odpowiadającej różnicy między tym stanem a niższym (jak w opisanym zjawisku), to niekiedy przejściu elektronu do stanu niższego towarzyszy emisja dwóch kwantów promieniowania identycznych z padającymczyli z jednego kwantu powstają trzy jednakowe kwanty.Spośród poniższych zdań wybierz jedno, które prawidłowo ocenia i uzasadnia, czy to, co twierdzi fizyk, jest możliwe.A. Jest to możliwe, ale wymaga bardzo starannego dopasowania energii kwantu do różnicy energii stanów atomu.B. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania pędu.C. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania energii.D. Jest to niemożliwe, gdyż zabrania tego zasada zachowania ładunku.Zadanie 17.2 (0-1) Zaznacz poprawne dokończenie zdania.Wiązkę światła, składającą się z fotonów o jednakowej energii, fazie, polaryzacji i kierunku ruchu, można wytworzyć w A. spektroskopie.B. laserze.C. mikroskopie.D. fotokomórce.Zadanie 17.3 (0-1) Oceń prawdziwość poniższych zdań.Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F -jeśli jest fałszywe.
Dziwne twierdzenie z teorii kwantówTwierdzenie Kochena -Speckera jest twierdzeniem frapującym (mimo, że na pierwszy rzut oka wygląda na zupełnie zwyczajne twierdzenie matematyczne), zwłaszcza jeśli bierze się pod uwagę jego konsekwencje.W niniejszym artykule przedstawię jego sformułowanie, a następnie postaram się omówić najbardziej intrygujące implikacje tego twierdzenia. Zagadnienia wstępneTeoria kwantów jest teorią fizyczną, o której interpretację toczą się nieustanne boje. 1 Wielu uczonych uważa pragmatyczne podejście do teorii kwantów za zupełnie wystarczające, choćby z tego powodu, że nie trzeba się wtedy zajmować trudnymi i czasem niewygodnymi pytaniami.W ramach takiej interpretacji teorii kwantów nie przypisuje się znaczenia pojedynczym pomiarom, lecz ich seriom.Interpretacje takie ideowo znajdują się blisko rezultatów charakterystycznych dla klasycznej fizyki statystycznej