6.4 Kesan pengukuran

Laman Utama ／ Bab 6: Alam Kuantum (V5.05)

I. Tiga hasil yang lazim dalam eksperimen dua celah

Tetapan: Gunakan sumber cahaya amat lemah supaya foton tiba satu demi satu. Di hadapan terdapat penghalang dengan dua celah sempit; di belakangnya layar yang merekod setiap ketibaan sebagai titik. Jika perlu, letakkan prob atau unsur optik di mulut celah atau selepasnya.

• Tiada pengukuran laluan
  Buka kedua-dua celah tanpa sebarang peranti yang membezakan dua laluan. Titik-titik tunggal terkumpul dan segera membentuk jalur terang–gelap. Setiap ketibaan ialah satu titik; statistik terkumpul menunjukkan pola jalur gangguan.
• Pengukuran laluan
  Pasang peranti yang boleh membezakan laluan—misalnya penapis polarisasi berbeza atau penanda fasa berbeza selepas setiap celah, atau prob pengesan laluan yang cukup sensitif. Jalur gangguan lenyap; layar memaparkan dua puncak lebar. Setiap ketibaan masih titik; hanya taburan statistik yang berubah.
• Pengukuran laluan lemah
  Sisipkan prob yang sangat lembut atau tanda mikro yang boleh dibalikkan pada laluan. Kontras jalur berkurang, berada di antara jalur jelas dan dua puncak. Gandingan lebih kuat memudarkan jalur lebih banyak; gandingan lebih lemah memudarkan sedikit.

Dalam ketiga-tiga keadaan ini, hanya peranti pada laluan yang diubah. Sumber dan layar kekal sama; yang berubah ialah kewujudan jalur dan tahap ketajamannya.

II. Tafsiran teras menurut Teori Filamen Tenaga (EFT)

Tiga langkah berlaku mengikut turutan: gandingan, penutupan, dan ingatan. Pada sebutan pertama: Teori Filamen Tenaga (EFT) menghuraikan cahaya sebagai paket gangguan tensor yang merambat dalam “lautan tenaga”.

1. Gandingan: Menulis semula “bentang pandu”
   Dua celah mengukir sebuah bentang pandu dalam lautan tenaga, menetapkan lebih awal kawasan yang licin dan yang melawan. Apabila prob atau penanda laluan ditambah, struktur baharu disisipkan ke dalam lautan itu. Gandingan mengusik hubungan sefasa antara dua laluan dan menulis semula bentang pandu. Semakin kuat penulisan semula, semakin rata landasan yang menyokong gangguan, lalu jalur semakin pudar.
2. Penutupan: Mengunci satu peristiwa pada sesuatu tempat
   Apabila paket gelombang bertukar tenaga setempat secukupnya dengan peranti dan melepasi ambang penutupan, peristiwa dikunci pada masa dan kedudukan tertentu. Sejak itu, kemungkinan laluan alternatif terpadam, dan kawasan jauh tidak lagi boleh membentuk gangguan. Penutupan boleh berlaku di sepanjang laluan atau pada layar, bergantung pada kekuatan gandingan dan geometri susun atur.
3. Ingatan: Membesarkan pilihan menjadi sejarah
   Penutupan sendiri berskala mikro. Untuk dibaca sebagai keputusan, sistem perlu menguatkan dan merakamnya pada skala makro—contohnya jarum menyimpang, piksel bertukar, atau cas berkumpul. Setelah ingatan ditulis, proses tidak dapat dipulihkan; jalur tidak boleh dikembalikan.

Memadankan tiga langkah ini kepada tiga hasil:

• Tanpa pengukuran laluan, gandingan sangat lemah; dua laluan kekal sefasa hingga penutupan di layar, maka jalur jelas.
• Dengan pengukuran laluan, gandingan kuat dan penutupan sudah berlaku di laluan; bentang pandu ditulis semula dan tiada gangguan jauh.
• Dengan pengukuran laluan lemah, gandingan terhad; bentang pandu hanya sebahagiannya ditulis semula; jalur kekal tetapi kontrasnya berkurang.

III. Pilihan tertunda: dihuraikan dengan bahasa yang sama

• Idea eksperimen
  Biarkan dua laluan merambat selari, kemudian hanya pada saat akhir putuskan sama ada mahu menggabungkannya untuk gangguan atau memisahkannya untuk bacaan laluan. Pelaksanaan lazim ialah interferometer Mach–Zehnder, dengan pilihan memasukkan atau menanggalkan pemisah pancaran kedua di hujung. Varian kosmologi menggunakan dua laluan panjang akibat kanta graviti, dan di teleskop dipilih sama ada membentuk imej atau menggabungkan untuk gangguan.
• Pemerhatian
  Apabila pemisah pancaran kedua dimasukkan, muncul satu port cerah (gangguan) dan satu port gelap. Jika ditanggalkan, statistik laluan direkodkan pada dua port berasingan. Keputusan boleh ditangguh hingga hampir ke layar, namun hasil masih akur tepat pada pilihan.
• Huraian
  Yang ditangguh ialah mod penutupan, bukannya menghantar mesej ke masa lalu. Asalkan gandingan kuat di pertengahan jalan belum memusnahkan sefasa, medan terus merambat dalam keadaan mampu berganggu. Menambah atau menanggalkan pemisah pancaran di hujung menetapkan syarat sempadan terakhir sebelum penutupan. Jika memilih penutupan gangguan, kedua laluan bertindih di hujung; bentang pandu menentukan kawasan terang dan gelap; statistik memaparkan jalur. Jika memilih penutupan laluan, kedua laluan berpisah di hujung, masing-masing menutup dan ditulis ke dalam ingatan; statistik menjadi dua puncak. Tiada keperluan sebab-musabab songsang.

IV. Pemadaman kuantum: tetap tiga langkah—gandingan, penutupan, ingatan

• Idea eksperimen
  Mula-mula letakkan tanda lemah yang boleh dibezakan pada dua laluan, seperti polarisasi berbeza. Kemudian masukkan peranti di hujung untuk memadam tanda itu atau memutarnya supaya sejajar. Boleh digandingkan dengan pengiraan kebetulan (coincidence) bagi menapis hanya sub-sampel yang benar-benar dipadam.
• Pemerhatian
  Jika tanda telah dibesarkan menjadi ingatan yang boleh dibaca, jalur tidak kembali. Jika tanda masih sekadar boleh dibaca secara potensi dan dipadam sepenuhnya sebelum penutupan, jalur kembali dalam statistik bersyarat. Jika pemadaman tidak lengkap, jalur hanya kembali sebahagian.
• Huraian
  Menanda bererti menulis semula bentang pandu. Selagi bentang itu boleh dipulihkan ke keadaan sefasa sebelum penutupan—dan tanda tidak ditulis sebagai ingatan di pertengahan—medan boleh membina semula asas gangguan di hujung; sebab itu jalur muncul semula dalam sub-sampel yang sepadan. Setelah tanda ditulis ke dalam ingatan, proses menjadi tidak boleh balik, dan pemadaman tidak lagi berkesan.

V. Penjelasan ringkas terhadap salah faham yang lazim

• Pengukuran bukan sekadar “melihat”; ia menambah gandingan fizikal yang boleh menulis semula bentang pandu dan mencetuskan penutupan lebih awal.
• “Runtuhan” bukan detik misteri; ia ialah rupa luaran bagi turutan gandingan–penutupan–ingatan.
• Pilihan tertunda tidak mengubah masa lalu; ia menetapkan syarat sempadan terakhir sebelum penutupan.
• Pemadaman kuantum bukan silap mata; ia menanggalkan tanda, memulihkan sefasa, dan mengelak penulisan ingatan di pertengahan.

VI. Ringkasan empat baris

• Jalur terbit daripada bentang pandu yang diukir awal oleh medan; titik tunggal terhasil apabila ambang penutupan dilintasi dan ingatan ditulis.
• Pengukuran terdiri daripada gandingan, penutupan, dan ingatan; perbezaan kekuatan mengubah ketegasan jalur seiringnya.
• Pilihan tertunda menentukan bentuk penutupan, bukan pembalikan masa.
• Pemadaman kuantum hanya memulihkan jalur jika ingatan belum ditulis dan pemadaman lengkap; setelah ditulis, ia tidak dapat diundur.

Lampiran: Keluarga “pengukuran lemah” → Kad terjemahan menurut Teori Filamen Tenaga

• Pengukuran lemah
  Gandingan kecil, pertukaran tenaga kecil. Dua laluan kekal sefasa pada umumnya; bentang pandu ditulis semula sebahagiannya; kontras jalur menurun tetapi masih kelihatan.
• Pengukuran lemah berterusan
  Banyak gandingan kecil terkumpul; nyahkoheren meningkat beransur; bentang pandu semakin pudar; jalur beralih daripada jelas kepada kabur.
• Pemadaman kuantum
  Tanda diletakkan terlebih dahulu, kemudian dipadam sebelum penutupan, sambil mengelak sebarang penulisan ingatan berskala makro di pertengahan. Jika pemadaman lengkap dan penapisan bersyarat tepat, bentang kembali sedia untuk gangguan, dan jalur muncul dalam sub-sampel yang sepadan.
• Pilihan tertunda
  Tunda keputusan bentuk penutupan hingga ke hujung: pilih antara penutupan gangguan atau penutupan laluan sebelum penutupan sebenar berlaku. Tiada sebab-musabab songsang; hanya pemilihan syarat sempadan terakhir.
• Pengukuran terlindung dan pembacaan nilai lemah
  Di bawah keadaan dilindungi kuat, ekstrak bacaan melalui pertukaran yang amat kecil; ini hampir tidak menulis semula bentang, sekadar “mensampel” fasa atau taburan setempat. Gangguan cukup kecil sehingga penutupan berlaku selepas pembacaan.
• Pengukuran tanpa interaksi
  Dengan mengubah syarat sempadan untuk menyekat satu laluan, kebarangkalian pada port lain berubah dengan cara yang boleh dibaca. Walaupun tiada pertukaran tenaga langsung, bentang pandu sudah ditulis semula, membolehkan inferens statistik bahawa “ada sesuatu di situ”.
• Timbang tara antara kebolehbezaan laluan dan kejernihan jalur
  Penanda laluan yang lebih jelas mengurangkan sefasa, menjadikan bentang sukar menyokong gangguan. Penanda yang lebih kabur mengekalkan lebih banyak sefasa dan menjadikan jalur lebih jelas. Kedua-duanya ialah dua sisi kekuatan gandingan yang sama.