Ультра

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 19859 (2022) Цитировать эту статью

1562 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В статье анализируется модель оптического пропускания сверхразбавленного газа с учетом нелокальности частиц газа и квантового эффекта разброса их волновой функции, полученного в результате решения уравнения Шредингера для свободной частицы. Анализ не зависит от конкретного вида волновой функции, но предполагает реальность волновой функции. Среди прочего, мы показываем, что газовые облака с сохраняющейся массой могут стать значительно более прозрачными, чем предсказывают классические законы пропускания. Это неожиданное явление возможно, потому что сохранение массы определяется суммой вероятностей, в то время как произведение вероятностей цепи Маркова контролирует пропускание. Кроме того, мы аналитически вывели верхний предел, при котором коэффициент пропускания закрытой системы может вырасти, и продемонстрировали безграничный коэффициент пропускания в открытом газовом облаке, который может вырасти до 100%. Наконец, мы показываем влияние на интерпретации квантовой механики. Модель, естественно, применима в условиях глубокого космоса, где окружающая среда разрежена. Кроме того, модель отвечает требованиям темной материи.

Экспоненциальный закон пропускания Бера-Ламберта1,2, описывающий затухание монохроматического света однородной, не очень плотной средой, известен уже почти три столетия. Несмотря на разработку новых, более совершенных моделей пропускания, они по-прежнему применимы к количественной спектроскопии3, разреженным газам и астрофизическим измерениям. Все эти модели основаны на предположении об уменьшении локальности частиц. Однако все большее число экспериментов4,5 убеждает нас в том, что основная теория квантовой механики не является локальной реалистической теорией6,7. В большинстве «классических» моделей пропускания есть еще одно допущение: детектор света представляет собой макроскопический прибор. Квантовая механика — одна из самых фундаментальных теорий, поэтому необходимо проверить, ограничивают ли эти два предположения сферу применимости классических моделей пропускания.

Квантовое распространение — это эффект, который включает в себя спонтанное пространственное размытие волновой функции \(\Psi\) с течением времени. Это приводит к размытию плотности вероятности \(|\Psi |^2\) любой реакции физического объекта, описываемой такой функцией. Это происходит непосредственно из решения уравнения Шредингера для свободных частиц8. Предполагая реальность волновой функции9,10, мы применяем это решение к каждой частице газа независимо в течение ее свободного времени между последовательными столкновениями. Мы предложили своего рода модель «размазанного газа». Вместе с предположением о нелокальности это приводит к новой модели электромагнитного пропускания тонких газов. Одним из предсказаний этой модели является то, что измеренное оптическое пропускание зависит, среди прочего, i) от размера используемого детектора и ii) от продолжительности среднего времени свободного пребывания частицы. Классический «локальный» подход к пропусканию, например закон Бера-Ламберта, не предсказывает таких зависимостей.

В данной статье представлен более глубокий анализ модели пропускания размазанного газа11. Мы анализируем открытые и закрытые системы. Мы показываем, что коэффициент пропускания может увеличиваться благодаря спонтанному распространению частиц даже в закрытой системе, но только до некоторого предела. Выведем этот предел аналитически. Мы показываем, что смещение оси измерения относительно центра масс облака может повлиять на измерение коэффициента пропускания. Параметр G11 модели пропускания размазанного газа анализируется более тщательно. В конце мы кратко рассмотрим возможность различения интерпретаций квантовой механики, используя результаты модели.

Есть лишь несколько предположений для модели. Частицы газа независимы друг от друга и представляют собой нелокальные волновые функции (не обязательно) одного и того же типа. Газ не является релятивистским, поэтому применимо уравнение Шрёдингера. Распределение частиц однородно, а волновые функции различаются только положением. Световой детектор имеет некоторый конечный размер. В документе11 эти предположения подробно описаны.