Una guía para el observador de la dinámica cuántica, Pt. 6: dos fantasmas cuánticos

Imágenes de Aric Lawson / Getty

Una de las revoluciones más silenciosas En nuestro siglo actual, la mecánica cuántica ha entrado en nuestra tecnología cotidiana. Los efectos cuánticos se limitaron a laboratorios de física y experimentos sofisticados. Pero la tecnología moderna depende en gran medida de la mecánica cuántica para su función básica, y la importancia de los efectos cuánticos solo crecerá en las próximas décadas. Por ello, el físico Miguel F. En esta serie de siete partes de Morales (sin matemáticas, lo juramos) emprendimos la difícil tarea de explicar la mecánica cuántica a los individuos. La sexta historia de la serie está a continuación, pero siempre puedes averiguarlo. La historia de apertura Que Página de destino de la serie completa hasta ahora En el sitio.

A lo largo de nuestras aventuras cuánticas hasta la fecha, hemos visto efectos cuánticos interesantes. Entonces, para nuestra última gran excursión, entremos en el rincón particularmente espeluznante del árbol cuántico: hoy, vamos a ver El problema Y Secuencia de medida.

Juntos, estos dos conceptos tienen efectos muy negativos sobre la mecánica cuántica. Este es un buen momento para volver a enfatizar que son muy negativos y que nada en esta serie es monótono; todo lo que hemos visto está respaldado por cientos de observaciones. A veces, el mundo es más extraño de lo que esperamos.

Siempre encuentro extraño y aterrador el mundo de los espías, así que una de las aplicaciones de las que estamos hablando hoy es la criptografía. Pero hay muchas cosas antes de que lleguemos allí.

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Jugando bajo el sol

Después de un largo paseo por el bosque cada vez más oscuro y lúgubre, las enredaderas, los árboles terroríficos, salimos al prado brillando a la luz del sol inesperadamente brillante. Brillando a la luz, sacamos nuestras gafas de sol polarizadas.

Las lentes de las gafas de sol polarizadas están polarizadas en dirección vertical, lo que significa que cuando se usan normalmente, permiten que la luz pase a través de la polarización vertical, pero bloquean completamente la luz polarizada horizontalmente. Esto es ventajoso porque la iluminación del agua a menudo se polariza horizontalmente; Deslumbramiento reflectante de la lente que permite solo luz polarizada verticalmente.

Con un poco de escepticismo sobre la hermosa luz del sol en nuestro misterioso clado, comenzamos a mirar a través de varios pares de gafas de sol. Pasar por dos o tres pares de gafas de sol a la vez te hace reír, pero estos son los sacrificios que hacemos por la ciencia. Trazaremos los resultados que ves, pero si puedes combinar tres pares de gafas de sol polarizadas, puedes hacer todas las pruebas de este artículo en casa.

Lo que ves cuando miras a través de dos gafas de sol polarizadas.  Cada lente polarizada permite que solo la luz polarizada pase a través de la dirección de la flecha de la sien.  Las lentes permiten que toda la luz polarizada pase a través de la mitad (gris medio).  Pero cuando la luz tiene que atravesar ambos espejos, la orientación comparativa de los espejos es importante.  A la izquierda, dos lentes permiten que la luz pase a través de luz polarizada verticalmente, de modo que toda la luz que produce pase a través de la primera lente y a través de la segunda lente.  Por el contrario, los espejos retrovisores y el derecho giran solo a través de la luz polarizada horizontalmente, que está completamente bloqueada por los espejos delanteros.  Si coloca las gafas en un ángulo de 45 entre sí, la mitad de la luz que pasa a través del primer par de gafas la generará a través del segundo par (1/2 x 1/2 = 1/4 de la luz de fondo).  .
Acercarse / Lo que ves cuando miras a través de dos gafas de sol polarizadas. Cada lente polarizada permite que solo la luz polarizada pase a través de la dirección de la flecha de la sien. Las lentes permiten que toda la luz polarizada pase a través de la mitad (gris medio). Pero cuando la luz tiene que atravesar ambos espejos, la orientación comparativa de los espejos es importante. A la izquierda, dos lentes permiten que la luz pase a través de luz polarizada verticalmente, de modo que toda la luz que produce pasa a través de la primera lente y a través de la segunda lente. Por el contrario, los espejos retrovisores y el derecho giran solo a través de la luz polarizada horizontalmente, que está completamente bloqueada por los espejos delanteros. Si coloca las gafas en un ángulo de 45 entre sí, la mitad de la luz que pasa a través del primer par de gafas la generará a través del segundo par (1/2 x 1/2 = 1/4 de la luz de fondo). .

Imagen de marcador de posición de Miguel Morales

Si sostiene dos pares de anteojos frente a usted y luego gira un par, notará que la cantidad de luz que pasa varía. Dramáticamente. Cuando los anteojos están en un ángulo de 90 (por ejemplo, uno se sostiene normalmente, el otro par está de lado) casi no hay luz. Para buenas lentes polarizadas, el vidrio de soldadura es casi oscuro, mientras que la visión integrada a través de las lentes es casi completamente negra. Por el contrario, cuando se mantienen en la misma orientación, solo permiten casi la misma cantidad de luz que un par de anteojos (las buenas lentes polarizantes se colocan en perfecta alineación, lo cual es exactamente cierto).

Esto es muy sencillo de entender. Si ambos espejos se sostienen verticalmente, el primer par de espejos solo permite luz vertical. Dado que el segundo par permite la luz vertical no hay nada que lo bloquee Toda la luz generada por él a través del primer par irá más allá del segundo segundo. Por el contrario, si mantenemos el primer par de lado, pasará solo la luz horizontal y si el segundo par es normal, bloqueará la luz horizontal, y entonces no habrá luz que pueda pasar a ambas. Juntos, parecen muy oscuros. Si sostiene las gafas en un ángulo de 45 entre sí, es intermedio; La mitad de la luz que atraviesa el primer par de gafas atraviesa el segundo.

Lo único que importa es la orientación entre las lentes, no cómo se relacionan con el entorno.
Acercarse / Lo único que importa es la orientación entre las lentes, no cómo se relacionan con el entorno.

Imagen de marcador de posición de Miguel Morales

Este es solo el ángulo entre las lentes. Si seleccionamos la orientación transversal y giramos las dos lentes juntas, veremos que la opacidad es la misma. Los espejos con marco verde a la derecha se colocan verticalmente a ± 45 en, pero toda la luz está bloqueada ya que el primer par de postes verticales permite 45 45 a través de la luz polarizada izquierda.

Todo esto parece tener sentido. Pero tenga en cuenta que esto es mecánica cuántica, y la música de la película intimidante comienza a sonar de fondo. Agreguemos un tercer par de anteojos. Para ayudar a mantener todas las orientaciones rectas, siempre usamos marcos azules para orientaciones horizontales / verticales y marcos verdes para orientaciones de ± 45.

Comenzamos con las lentes cruzadas y agregamos una lente diagonal detrás de ellas.
Acercarse / Comenzamos con las lentes cruzadas y agregamos una lente diagonal detrás de ellas.

Imagen de marcador de posición de Miguel Morales

Comencemos con los dos espejos cruzados, como se muestra a la izquierda. Agreguemos una tercera lente hacia 45 en Detrás Los dos ya lo hicimos. En una inspección más cercana, funciona tal como esperamos. La luz de los espejos originales sigue siendo negra en todas partes. En las esquinas pequeñas que no están completamente alineadas entre sí, la luz pasa a través de la lente 45 y las otras lentes, obteniendo el color ligeramente más oscuro que volvimos a ver en la Figura 1. Si miras el nuevo, la zona por donde debe pasar la luz a través de las tres lentes también es negra.

Reorganizar la fila de espejos marca una gran diferencia.
Acercarse / Reorganizar la fila de espejos marca una gran diferencia.

Imagen de marcador de posición de Miguel Morales

Pero si reorganizamos las gafas vemos algo significativo. Empezamos con los espejos cruzados de nuevo, pero ahora deslizamos la lente 45 45 Entre ellos. Cuando hacemos esto, las tres lentes brillan entre sí. Solo con dos lentes entre sí obtenemos los resultados esperados Negro para la sección transversal y color para la orientación relativa de 45. Pero incluso si las lentes delantera y trasera están cruzadas y generalmente no permiten luz, si intercepta otra lente con una polaridad intermedia, la luz puede pasar repentinamente.

Esto es diferente. los Orden Cosas de vasos. Si está siguiendo en casa, intente voltear la gama de lentes. Si las lentes cruzadas están una al lado de la otra en la capa, casi no hay luz disponible. Pero si cambia entre marcos azules (horizontal / vertical) y verdes (± 45 °), obtendrá algo de luz.

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