Zegar fali materii - Matter wave clock
Zegara fali względu na to typ zegara , którego zasada działania umożliwia wykorzystanie pozornego właściwości falistej materii.
Fale materii zostały po raz pierwszy zaproponowane przez Louisa de Broglie i są czasami nazywane falami de Broglie. Stanowią kluczowy aspekt dualizmu falowo-cząsteczkowego, a eksperymenty poparły ten pomysł. Fala związana z cząstką o danej masie, np. atomem , ma określoną częstotliwość i ustalony czas trwania jednego cyklu od szczytu do szczytu, co jest czasami nazywane okresowością Comptona . Taka fala materii ma cechy prostego zegara, ponieważ wyznacza stałe i równe odstępy czasu. Paradoksem bliźniaki wynikające z Einsteina jest teorii względności oznacza, że cząstki poruszające się nieznacznie różnić się od okresu stacjonarnego cząstki. Porównanie dwóch takich cząstek pozwala na skonstruowanie praktycznego „zegara Comptona”.
Fale materii jak zegary
De Broglie zaproponował, że częstotliwość f fali materii jest równa E / h , gdzie E jest całkowitą energią cząstki, a h jest stałą Plancka . Dla cząstki w spoczynku relatywistyczne równanie E = mc 2 pozwala na wyprowadzenie częstotliwości Comptona f dla masywnej cząstki stacjonarnej, równej mc 2 / h .
De Broglie zaproponował również, że długość fali λ dla poruszającej się cząstki była równa h / p, gdzie p jest pędem cząstki.
Okres (jeden cykl fali) jest równy 1/ f .
Mówi się, że ta dokładna okresowość Comptona fali materii jest warunkiem koniecznym dla zegara, co implikuje, że każda taka cząstka materii może być uważana za zegar podstawowy. Ta propozycja została nazwana „kamień jest zegarem”.
Aplikacje
W swoim artykule „Mechanika kwantowa, fale materii i ruchome zegary” Müller zasugerował, że „Opis fal materii jako zegarów fal materii… został ostatnio zastosowany do testów ogólnej teorii względności, eksperymentów z falami materii, podstaw mechaniki kwantowej, kwantowej dekoherencji czasoprzestrzeni, zegara fali materii/wzorca masy i doprowadziły do dyskusji na temat roli właściwego czasu w mechanice kwantowej. np. fale grawitacyjne."
Implikacje
W swoim artykule „Mechanika kwantowa, fale materii i ruchome zegary” Müller zasugerował, że „[Model] również wywołał sporo kontrowersji. W szerszym kontekście mechaniki kwantowej… opis ten został porzucony , po części dlatego, że nie można go wykorzystać do wyprowadzenia relatywistycznej teorii kwantowej lub wyjaśnienia spinu. Opisy, które zastąpiły obraz zegara, osiągają te cele, ale nie motywują używanych pojęć. ... Skonstruujemy ... opis fal materii jako zegarów.W ten sposób dotrzemy do całki czasoprzestrzennej, która jest równoważna równaniu Diraca.To wyprowadzenie pokazuje, że teoria fal materii De Brogliego w naturalny sposób prowadzi do cząstek o spinie 1/2.Odnosi się do poszukiwań Feynmana dla wzoru na amplitudę drogi w 3+1 wymiarze czasoprzestrzennym, który jest równoważny równaniu Diraca. Daje nową intuicyjną interpretację propagacji cząstki Diraca i odtwarza wszystkie wyniki standardowej mechaniki kwantowej , w tym te, które rzekomo są z nim sprzeczne. W ten sposób wyjaśnia rolę grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni i właściwego czasu w mechanice kwantowej”.
Spór
Teoretyczna idea fal materii jako zegarów wywołała pewne kontrowersje i wywołała silną krytykę.
Interferometria atomowa
Atom interferometru wykorzystuje niewielką różnicę fal związanych z dwoma atomami tworzą zaobserwowania interferencji. Konwencjonalnie fale te są związane z elektronami krążącymi wokół atomu, ale teoria fal materii sugeruje, że fala związana z dualizmem falowo-cząsteczkowym samego atomu może być alternatywnie używana.
Eksperymentalne urządzenie składa się z dwóch chmur atomów, z których jeden otrzymuje niewielkie „kopnięcie” precyzyjnie dostrojonym laserem. Daje to jej skończoną prędkość, która zgodnie z teorią fal materii obniża jej obserwowaną częstotliwość. Dwie chmury są następnie rekombinowane tak, że ich różne fale interferują, a maksymalny sygnał wyjściowy jest uzyskiwany, gdy różnica częstotliwości jest całkowitą liczbą cykli.
Eksperymenty zaprojektowane wokół idei interferencji między falami materii (jak zegary) zapewniają jak dotąd najdokładniejsze potwierdzenie grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni przewidywanego przez ogólną teorię względności . Podobny interferometr atomowy stanowi serce zegara Comptona .
Jednak ta rzekoma interpretacja funkcji interferometrii została skrytykowana. Jednym z zarzutów jest to, że prawdziwy oscylator Comptona lub fala materii nie pojawiają się w projekcie żadnego rzeczywistego eksperymentu. Mówi się również, że interpretacja fal materii jest błędna.
Zegary Compton
Funkcjonalny czasomierz zaprojektowany w oparciu o interferometrię fal materii nazywany jest zegarem Comptona.
Zasady działania
Częstotliwość fali związanej z masywną cząsteczką, taką jak atom, jest zbyt wysoka, aby można ją było zastosować bezpośrednio w praktycznym zegarze, a jej okres i długość fali są zbyt krótkie. Praktyczne urządzenie wykorzystuje bliźniaczy paradoks wywodzący się z teorii względności , w której poruszająca się cząstka starzeje się wolniej niż nieruchoma. Poruszająca się fala cząstek ma zatem nieco niższą częstotliwość. Za pomocą interferometrii można dokładnie zmierzyć różnicę lub „częstotliwość dudnienia” między dwiema częstotliwościami, a tę częstotliwość dudnień można wykorzystać jako podstawę do utrzymywania czasu.
Pomiar masy
Technikę zastosowaną w urządzeniach można teoretycznie odwrócić i wykorzystać czas do pomiaru masy. Zostało to zaproponowane jako okazja do zastąpienia butli platynowo-irydowej obecnie używanej jako standard odniesienia 1 kg.