流体动力学可以提供量子力学的见解吗？ 振动一盘硅油导致所谓的法拉第波在油面上形成。 最近的实验中，液滴重现亚原子粒子的行为需要保持恰好低于法拉第波阈值的振动强度。 流体液滴模仿亚原子粒子的奇怪行为的实验回想起量子力学的一种抛弃的解释。 麻省理工学院新闻办公室的Larry Hardesty 2010年10月20日 分享 评论 在20世纪的前几十年，物理学家激烈地争论如何理解量子力学的奇怪现象，例如亚原子粒子像粒子和波一样表现的趋势。 一种称为导波理论的早期理论提出，运动粒子是沿着某种类型的量子波传播的，如潮汐上的浮木。 但是这个理论最终让位于所谓的哥本哈根解释，它解决了载波问题，但是它有一个直观的概念，即移动的粒子在空间中遵循一个确定的路径。 最近，巴黎狄德罗大学的物理学家Yves Couder进行了一系列实验，在这些实验中，毫米级液滴在振动流体浴上上下跳动，并受到它们自己产生的波浪的引导。 在许多方面，液滴的行为与量子粒子相似，并且在美国国家科学院院刊最近的一篇评论中，麻省理工学院应用数学家约翰布什专门研究流体动力学，他认为像Couder's这样的实验可能最终揭示 量子力学的一些特点。 波粒二象性最好通过量子力学中的规范实验来说明，它通常被称为双缝或双孔实验。 正如理论物理学家理查德费曼（Richard Feynman）曾经说的那样，“量子力学中的任何其他情况，事实证明，总是可以这样解释：'你记得两孔实验的情况吗？ 这是同一件事。'” 假设你有一盘水，并且在托盘的中间是一个有两个开口的障碍物。 托盘的一端是振动棒，另一端是压力传感器。 杆的振动会在水面上传播波浪，当它们通过障碍物的开口时，会在对面形成两个新的波浪。 在通往压力传感器的途中，这些波会相互碰撞。 如果波峰与另一个波峰相遇，则它们结合产生更大的波峰。 但是，如果一个波峰和一个波谷相遇，他们就会相互抵消。 因此，压力传感器记录了一个“干涉图案”- 代表强烈波峰的各种大小的条纹，波浪互相抵消的间隙。 那么当你通过一个有两个孔的屏障向探测器射光时会发生什么？ 再一次，你会得到一个干扰模式：光似乎像一个波。 但是光线也会以粒子或光子形式出现，这些粒子或光子一次可以在探测器上发射。 然后会发生什么？ 当最初的几个光子撞击探测器时，他们会留下一个看似随机的散射点，就像一个普通的射手留在目标中的弹孔一样。 但随着时间的推移，这些点形成了一种模式 - 由一束光产生的相同干涉图案。 考虑到光子一次被激发一次，这怎么可能？ 不同的故事 导波理论提出，光子乘坐在某种类型的神秘波的背后，无论穿过这些孔的光子的数量如何，它们都会相互作用。 这种相互作用就是将光子引导到探测器。 当奥地利物理学家欧文薛定谔提出他着名的波动方程时，他仍然是量子物理的基本方程，他实际上是在描述导波。 然而，由于哥本哈根解释省略了导波，所以它将薛定谔方程解释为描述光子在给定位置被发现的概率。 而且，直到光子撞击探测器，它处于一种形而上学的状态，没有明确的位置。 当它穿过这些孔时，它可能因此干扰它自身，这解释了检测器处的干涉图案。 在制定他的波动方程时，薛定谔受到路易斯德布罗意理论的启发，他创立了导波理论，并且他的波粒二象性研究为他赢得了1929年的诺贝尔物理学奖。 20世纪50年代，物理学家大卫·博姆（David Bohm）重新启动了波浪理论，并且仍然有一些支持者，但大多数情况下它已经消失。 扩大 在Couder的系统中 - 布什计划在麻省理工学院进一步探索 - 充满液体的托盘放置在振动表面。 振动的强度保持在刚好低于它将在流体表面上引起波浪的所谓的法拉第波的阈值之下。 当同一流体的液滴被放置在表面上时，液滴和浴液之间的气垫阻止了液滴聚结。 液滴可以因此在表面上反弹。 弹跳引起波浪，而这些波浪反过来推动液滴沿着表面前进。 考德和他的合着者称这些移动的水滴为“步行者”。 “他们的第一个实验是让步行者走向狭缝，”布什说。 “当它们通过狭缝时，它们看起来是随机偏转的，但如果你多次使用它，就会出现衍射图案。”也就是说， 液滴以重现波浪的干涉图案的图案撞击托盘的远端壁。 “他们的系统是经典的单光子衍射实验的宏观版本，”布什说。 布什说，波动液滴也模仿其他量子现象。 其中之一是量子隧道效应，亚原子粒子通过障碍的明显能力。 行走的液滴接近托盘上的障碍物通常会从它上面反弹出来，就像一个曲棍球冰球离开墙壁。 但偶尔，液滴将从波浪中获得足够的能量，以便在屏障上跳跃。 在同一期PNAS发表的一篇论文中，这是布什评论的主题，Couder的小组报告了其最令人吃惊的发现。 如果振动流体浴也在旋转，行走的液滴将锁定在由波谷决定的轨道上。 亚原子粒子只有少数允许的轨道态的概念被称为“量子化”，这种现象给予量子力学的名称。 在19世纪初，英国科学家托马斯·杨对波纹坦克进行了实验，以说服科学界光是波。 “随着Couder的系统，人们现在可以探索流体系统中波粒二象性的方面，”布什说。 “如果Couder的系统被其创始人之一所了解，量子力学的发展会有什么不同？” 主题： 哥本哈根大学的解释德布罗意博姆理论创新与创业（I＆E）数学导航波理论量子计算 注释 Jarek Duda 2011年1月31日 非常有趣！ 为了完整的液滴/量子粒子对应，留下来检查例如 安德森空间定位 - 如果像西奈的台球这样的不规则空腔中的这种液滴的时间平均值将导致量子力学基态概率密度（如这种微波空腔的谐振状态）。 最大熵随机游走表明布朗运动只是近似的 - 做热力学的确会导致这样的“量子”统计定位： HTTP：//www.scienceforums.net/t ... 马克弗莱舍 2011年7月15日 对Couder的一个类似的实验，我想到的是让人联想到'brane'理论是振动粘度差异的两种流体，例如油和水。 在边界处可能存在一些自然大小的“粒子”形成，一些分形结构以及流体混合了粒子自发形成和消失的一些量子力学行为。 这将是Couder实验的一个自然延伸......整个方法早该过时了，而且相当吸引人！ 原文的链接： http://news.mit.edu/2010/quantum-mechanics-1020 原麻省的新闻译文如下 流体力学提出替代量子力学新解释。 麻省新闻办公室 新的数学解释流体系统模拟了量子力学的许多动力学特点。 Larry Hardesty 。 MIT新闻办公室 2014年9月12日 。 评论： 量子力学的核心奥秘是有时似乎像颗粒的小块物质，有时又像波浪。在过去的世纪，用当时所谓的“哥本哈根解释”解释了这个谜题的，认为在某种意义上，一个单一的粒子真的是一种波，弥散在宇宙坍塌成一个确定的位置，只有当观察时确定。 但一些量子物理学创始人-特别是路易斯-德布罗意倡导的另一种解释，被称为“波动理论，“假定量子粒子一起承担在某些类型的波。 根据这种波理论，粒子有一定的轨迹，但由于波动的影响，他们仍然表现出波动的统计。 杰布·布什，一个在麻省理工学院应用数学教授，认为这种波动理论值得一看。这是因为Yves Couder，Emmanuel Fort，和在巴黎的狄德罗大学的同事们最近发现了一个宏观的导波系统的统计行为，在某些情况下，量子系统。 “Couder和要塞的系统包括一个槽流体振动速度低于门槛，波会在其表面形成。一滴相同的流体释放浴缸上面；它击中地面，造成波向外辐射。液滴开始穿过浴室，由非常波产生推动。 “这个系统无疑是定量不同于量子力学，”布什说。“这也是质的不同：有一些量子力学的特性，我们不能捕捉，该系统的一些功能，我们知道不存在，在量子力学。但他们的哲学不同的吗？“ 跟踪轨迹， 布什认为，哥本哈根的解释回避否认它们的存在计算粒子轨迹的技术挑战。“关键问题是一个真正的量子力学，由德布罗意和行走液滴建议的一般形式，背后可能的量子统计，”他说。“虽然无疑是复杂的，它将用具体的动力学理论取代量子力学的哲学变幻莫测。” 去年，布什和他的一个学生Jan Molacek，现在在普朗克动力学和自组织研究所做的系统是量子前辈他们没有做到的：他们得到的粒子的轨迹有关的波动的动力学方程。 在工作中，布什和Molacek已经在量子方面取得先驱优势，布什说。首先，在流体系统中，无论是跳跃的液滴和导波是显而易见的。如果雾滴穿过狭缝屏障-因为它在一个典型的量子实验，研究人员可以准确地确定其位置的再创造。 为了在原子尺度的粒子进行测量的唯一办法是与另一个粒子撞击它，改变它的速度。 优势二是混沌理论的新近发展。首创由麻省理工学院的Edward Lorenz在上世纪60年代，混沌理论认为，许多宏观物理系统对初始条件非常敏感，即使他们可以由一个确定的理论描述，他们是不可预知的方式。例如一个天气系统模型，可能会产生完全不同的结果，如果在一个特定时间的特定位置的风速是每小时10.01英里或10.02英里。 流体导波系统也乱了。衡量一个弹跳液滴的位置足够准确地预测其轨迹非常遥远的未来是不可能的。但在最近的一系列论文中，布什，麻省理工学院应用数学教授Ruben Rosales和研究生Anand Oza和Dan Harris运用他们的波导理论说明混沌导波动力学导致实验中观察量子统计。 什么是真的？ 在一篇评论文章中出现的em年度审查，流体力学/em，布什探索之间的连接Couder的流体系统和量子波导理论提出了德布罗意和其他。 哥本哈根解释基本上是在量子领域的断言，没有比一个更深的统计描述。当一个测量是在量子粒子和波的形式崩溃，使粒子的假设完全是随机确定的状态。根据哥本哈根的统计解释，不只是对现实的描述；他们是现实的。 但是尽管哥本哈根解释的优势，物理对象的直觉，不管多么小，都可以在同一时间只有一个位置有物理学家摇是困难的。阿尔伯特·爱因斯坦，谁曾怀疑上帝玩掷骰子，工作对他所称的“量子鬼波”理论，认为是德布罗意理论的论述。在他1976年的诺贝尔奖演讲中，Murray Gell Mann宣称，波耳的哥本哈根解释的倡导者，“洗脑的物理学家一整代人以为问题已经解决了，“约翰贝尔，爱尔兰物理学家的著名定理是经常错误地采取否定一切“隐变量”账户，在量子力学中，事实上，自己一个导波理论的支持者。“这是一个伟大的谜，我是如此地忽略了，”他说。 然后是David Griffiths，一个物理学家的“量子力学”介绍领域的标准。在书的后记中，格利菲斯说，哥本哈根解释“经受住了时间的考验，却安然无恙，从每一个实验性的挑战。”不过，他认为，“这是完全可能的，未来的一代将会回顾，从一个更复杂的理论观点，并想知道我们可以一直这么容易上当受骗”。 “Yves Couder和杰布·布什…相关工作了解以前难以理解的量子现象提供了可能性，涉及“波粒二象性，在纯粹的经典，”Keith Moffatt说，在剑桥大学数学物理学名誉教授。“我认为这项工作是辉煌的，一个在本世纪流体力学最令人兴奋的发展。” 话题 哥本哈根解释波理论量子力学 评论 macadamius 2014年9月13日 有人认为，在流体活动更深入地了解先验，从吃或是被吃的研究在捕食海洋中百万年。我们有一个想法，流体力学中包含更多的可能性比人工系统观察。现在，新概念的形成进行分析，理论，数学和实验。而成功的，他们在某种意义上，还是相对较新的。从量子力学中的能量平衡时，这就是为什么患者，对一组相关的问题可以好无限回报耐心的思考。 学习的能量尺度早有助于长期的研究。 common_voter 2014年9月14日 作为一个什么都不知道，哥本哈根的解释似乎更像是古代的“有多少天使可以在针尖上跳舞？”问题比任何理性。我读了这个希望有可能实际上是一条出路，泥潭。也许吧. 瑞克Boatright 2014年9月15日 布什发表了新的东西，或是这只是一个重复的2010的想法时，布什最后的评论counder和堡垒的工作吗？ MPC755 2014年9月18日 以太质量。以太身体占三维空间。以太身体被在它存在的物质粒子，通过它移动。银河系的光环不是一丛暗物质在银河系旅行。银河系是通过移动和取代以太。银河系晕是以太的位移状态。银河系晕是时空的变形。 一个移动的粒子都有一个相关联的以太位移波。在双缝实验中的粒子通过一个单缝与波在以太中通过两。在双缝实验是以太波。 格雷戈skyles 2014年9月19日 RIck Boatright，看到链接”试点波动力学”下的“相关”以上的权利。 厄伊霍尔特 2015年9月26日 在肯定是真的，哥本哈根的ortodoxy解释了很多创造性思维和受阻的量子效应有更深的了解 http://fanyi.baidu.com/transpage?query=http%3A%2F%2Fnewsoffice.mit.edu%2F2014%2Ffluid-systems-quantum-mechanics-0912source=urlie=utf8from=autoto=zhrender=1origin=ps http://bbs.sciencenet.cn/thread-3232428-1-1.html Can fluid dynamics offer insights into quantum mechanics? Vibrating a tray of silicone oil causes so-called Faraday waves to form in the oil's surface. Recent experiments in which fluid droplets reproduce the behavior of subatomic particles require holding the intensity of the vibrations just below the Faraday-wave threshold. Experiments in which fluid droplets mimic the odd behavior of subatomic particles recall an abandoned interpretation of quantum mechanics. Larry Hardesty, MIT News Office October 20, 2010 Share Comment In the first decades of the 20th century, physicists hotly debated how to make sense of the strange phenomena of quantum mechanics, such as the tendency of subatomic particles to behave like both particles and waves. One early theory, called pilot-wave theory, proposed that moving particles are borne along on some type of quantum wave, like driftwood on the tide. But this theory ultimately gave way to the so-called Copenhagen interpretation, which gets rid of the carrier wave, but with it the intuitive notion that a moving particle follows a definite path through space. Recently, Yves Couder, a physicist at Université Paris Diderot, has conducted a series of experiments in which millimeter-scale fluid droplets, bouncing up and down on a vibrated fluid bath, are guided by the waves that they themselves produce. In many respects, the droplets behave like quantum particles, and in a recent commentary in the Proceedings of the National Academy of Sciences, John Bush, an applied mathematician at MIT who specializes in fluid dynamics, suggests that experiments like Couder’s may ultimately shed light on some of the peculiarities of quantum mechanics. The wave-particle duality is best illustrated by a canonical experiment in quantum mechanics that’s generally referred to as the two-slit, or two-hole, experiment. As the theoretical physicist Richard Feynman ’39 once put it, “Any other situation in quantum mechanics, it turns out, can always be explained by saying, ‘You remember the case of the experiment with the two holes? It’s the same thing.’” Suppose you have a tray of water, and across the middle of the tray is a barrier with two openings in it. At one end of the tray is a vibrating rod, and at the other is a pressure sensor. The rod’s vibration sends waves across the surface of the water, and when they pass through the openings in the barrier, two new waves form on the opposite side. On their way to the pressure sensor, these waves run into each other. Where a wave crest meets another crest, they combine to produce a bigger crest. But where a crest and a trough meet, they cancel each other out. The pressure sensor thus registers an “interference pattern” — stripes of various size that represent strong crests, with gaps between them where waves canceled each other out. So what happens when you shoot light at a detector, through a barrier with two holes in it? Again, you get an interference pattern: light appears to behave like a wave. But light also comes in particles, or photons, which can be fired at the detector one at a time. What happens then? As the first few photons strike the detector, they leave a seemingly random scattering of dots, like the bullet holes left in a target by a mediocre marksman. But over time, the dots form a pattern — the same interference pattern produced by a beam of light. How is that possible, given that the photons were fired one at a time? Different stories Pilot-wave theory proposes that the photons ride on the back of some type of mystery waves, which interact with each other no matter the number of photons that pass through the holes. That interaction is what guides the photons to the detector. When the Austrian physicist Erwin Schrdinger proposed his famous wave equation, which remains the fundamental equation of quantum physics, he was actually describing the guiding wave. Since the Copenhagen interpretation dispenses with the guiding wave, however, it interprets Schrdinger’s equation as instead describing the probability that the photon will be found at a given location. Moreover, until the photon strikes the detector, it’s in a sort of metaphysical limbo, with no definite location. As it passes through the holes, it can thus interfere with itself, which explains the interference pattern at the detector. In formulating his wave equation, Schrdinger was inspired by the theories of Louis de Broglie, who originated pilot-wave theory and whose work on wave-particle duality earned him the 1929 Nobel Prize in Physics. Pilot-wave theory was revived in the 1950s by the physicist David Bohm and still has some proponents, but for the most part, it has faded from view. Scaling up In Couder’s system — which Bush plans to explore further at MIT — a fluid-filled tray is placed on a vibrating surface. The intensity of the vibrations is held just below the threshold at which it would cause waves — so-called Faraday waves — on the surface of the fluid. When a droplet of the same fluid is placed on the surface, a cushion of air between the drop and the bath prevents the drop from coalescing. The droplet can thus bounce on the surface. The bouncing causes waves, and those waves, in turn, propel the droplet along the surface. Couder and his co-authors call these moving droplets “walkers.” “One of their first experiments involved sending walkers towards a slit,” Bush says. “As they pass through the slit, they appear to be randomly deflected, but if you do it many times, diffraction patterns emerge.” That is, the droplets strike the far wall of the tray in patterns that reproduce the interference patterns of waves. “Their system is a macroscopic version of the classic single-photon diffraction experiments,” Bush says. Wave-borne fluid droplets mimic other quantum phenomena as well, Bush says. One of these is quantum tunneling, subatomic particles’ apparent ability to pass through barriers. A walking droplet approaching a barrier across the tray will usually bounce off it, like a hockey puck off the wall. But occasionally, the droplet will take enough energy from the wave that it hops right over the barrier. In a paper published in the same issue of PNAS, which is the subject of Bush’s commentary, Couder’s group reports its most startling discovery. If the vibrating fluid bath is also rotating, a walking droplet will lock into an orbit determined by the troughs of its wave. The notion that a subatomic particle has only a few allowed orbital states is called “quantization,” the very phenomenon that gives quantum mechanics its name. In the early 1800s, the English scientist Thomas Young conducted experiments with ripple tanks to convince the scientific community that light was a wave. “With Couder’s system, one can now explore aspects of wave-particle duality in a fluid system,” Bush says. “How might the development of quantum mechanics have differed had Couder’s system been known to its founding fathers?” Topics: Copenhagen interpretationde Broglie-Bohm theoryInnovation and Entrepreneurship (IE)MathematicsPilot-wave theoryQuantum computing Comments Jarek Duda January 31, 2011 Extremely interesting! For full droplet/quantum particle correspondence there left to check e.g. Anderson spatial localization - if time average of such droplet in some irregular cavity like Sinai's billiard would lead to quantum mechanical ground state probability density (like resonant state of such microwave cavity). Maximal Entropy Random Walk suggests that Brownian motion is only approximation - doing thermodynamics right indeed leads to such 'quantum' statistical localization: http://www.scienceforums.net/t ... Mark Fleischer July 15, 2011 One similar experiment to Couder's that I thought of and is reminiscent of 'brane' theory is to vibrate two fluids with differences in viscosity such as oil and water. At the boundary there may be some natural sized 'particle' formation, some fractal structure and as the fluids mix some quantum mechanical like behavior where particles spontaneously form and disappear. This would be a natural extension of Couder's experiments...this whole approach is long overdue and quite fascinating!
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