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Une des révolutions les plus silencieuses Depuis notre siècle actuel, la mécanique quantique est entrée dans notre technologie quotidienne. Les effets quantiques étaient auparavant confinés aux laboratoires de physique et d’expériences microscopiques. Mais la technologie moderne repose de plus en plus sur la mécanique quantique pour ses processus fondamentaux, et les effets quantiques ne feront que gagner en importance dans les décennies à venir. En tant que tel, le physicien Miguel F. Morales a assumé la tâche ardue d’expliquer la mécanique quantique aux gens ordinaires dans cette série en sept parties (nous ne vous promettons pas de mathématiques). Voici la sixième histoire de la série, mais vous pouvez toujours la trouver Début de l’histoire Plus que Page de destination pour toute la série jusqu’à présent Actif.

Au cours de nos aventures quantiques jusqu’à présent, nous avons vu une foule d’effets quantiques intéressants. Alors lors de notre dernier grand voyage, plongeons-nous dans un coin particulièrement effrayant du bois quantique: aujourd’hui, nous verrons enchevêtrement Et le Ordre de mesure.

Ensemble, ces deux concepts créent certains des effets les plus contre-intuitifs de la mécanique quantique. C’est tellement contre-intuitif que c’est peut-être le moment de réaffirmer qu’il n’y a rien dans cette série à mon avis – tout ce que nous avons vu est soutenu par des centaines de notes. Parfois, le monde est plus étrange que prévu.

J’ai toujours considéré le monde des espions et de l’espionnage comme étrange et effrayant, il pourrait donc être approprié que le cryptage soit une application de ce dont nous parlons aujourd’hui. Mais il reste encore beaucoup à faire avant d’y arriver.

Jouer au soleil

Après une longue balade à travers une forêt de plus en plus sombre et morne, des arbres arides marbrés de vignes, nous sortons à l’improviste dans une prairie scintillante au soleil éclatant. Chaque fois qu’il clignote dans la lumière, nous enfilons nos lunettes de soleil polarisées.

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Les verres des lunettes de soleil polarisées sont polarisés en orientation portrait, ce qui signifie que lorsqu’ils sont portés naturellement, ils permettront à la lumière polarisée de passer à travers verticalement, mais bloqueront complètement la lumière polarisée horizontalement. Ceci est utile, car la lumière chatoyante de l’eau est souvent polarisée horizontalement; La lentille qui permet uniquement la lumière polarisée verticalement en réduisant considérablement l’éblouissement réfléchi.

Étant un peu sceptiques quant au beau soleil dans notre verre flou, nous commençons à regarder à travers plusieurs paires de lunettes de soleil. Regarder à travers deux ou trois paires de lunettes de soleil en même temps vous donne l’air idiot, mais ce sont les sacrifices que nous faisons pour le bien de la science. Nous allons esquisser un diagramme des résultats que vous pourriez voir, mais si vous pouvez collecter trois paires de lunettes de soleil polarisées ensemble, vous pouvez faire toutes les expériences de cet article à la maison.

Ce que vous voyez en regardant à travers deux lunettes de soleil polarisées.  Chaque lentille polarisée permet uniquement à la lumière polarisée de passer dans le sens de la flèche sur la tempe.  Toutes les lentilles laisseront passer la moitié de la lumière non polarisée (gris moyen).  Mais lorsque la lumière doit traverser les deux verres, l'orientation relative des verres est importante.  Sur la gauche, les deux lentilles laissent passer la lumière polarisée verticalement, de sorte que toute la lumière qui passe à travers la première lentille passe également à travers la deuxième lentille.  En revanche, à droite, les verres à l'arrière sont tournés pour ne laisser passer que la lumière polarisée horizontalement, qui est complètement bloquée par le pare-brise.  Si vous tenez les lunettes à un angle de 45 degrés l'une par rapport à l'autre, la moitié de la lumière qui passe à travers la première paire de lunettes passera à travers la deuxième paire (1/2 x 1/2 = 1/4 de la lumière de fond) .
Agrandir / Ce que vous voyez en regardant à travers deux lunettes de soleil polarisées. Chaque lentille polarisée permet uniquement à la lumière polarisée de passer dans le sens de la flèche sur la tempe. Toutes les lentilles laisseront passer la moitié de la lumière non polarisée (gris moyen). Mais lorsque la lumière doit traverser les deux verres, l’orientation relative des verres est importante. Sur la gauche, les deux lentilles laissent passer la lumière polarisée verticalement, de sorte que toute la lumière qui passe à travers la première lentille passe également à travers la deuxième lentille. En revanche, à droite, les verres à l’arrière sont tournés pour ne laisser passer que la lumière polarisée horizontalement, qui est complètement bloquée par le pare-brise. Si vous tenez les lunettes à un angle de 45 degrés l’une par rapport à l’autre, la moitié de la lumière qui passe à travers la première paire de lunettes passera à travers la deuxième paire (1/2 x 1/2 = 1/4 de la lumière de fond) .

Photo de Miguel Morales

Si vous tenez deux paires de tasses devant vous puis faites pivoter l’une des paires, vous remarquerez que la quantité de lumière qui les traverse varie. Significativement. Lorsque les verres sont à un angle de 90 degrés (par exemple, l’un d’eux est tenu naturellement, l’autre est sur le côté), presque aucune lumière ne passe à travers. L’image collée à travers les lentilles sera presque entièrement noire – pour de très bons verres polarisés, elle sera presque sombre vitreuse. Au contraire, lorsqu’elle est tenue dans la même direction, elle laisse à peu près la même quantité de lumière qu’une paire de lunettes seule (avec de bonnes lentilles polarisantes installées dans un alignement parfait, c’est parfait).

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C’est assez facile à comprendre. Si les deux tasses sont tenues verticalement, la première paire de verre ne laisse passer que la lumière verticale. Étant donné que la deuxième paire laisse également passer la lumière verticale, elle n’a rien pour la bloquer – toute la lumière qui a traversé la première paire franchira également la seconde. Au contraire, si nous portons la première paire sur le côté de sorte que seule la lumière horizontale passe et retienne naturellement la deuxième paire de sorte qu’elle bloque la lumière horizontale, alors il n’y aura pas de lumière qui puisse traverser les deux. Ensemble, ils ont l’air très sombres. Et si vous tenez les deux tasses à un angle de 45 degrés l’une par rapport à l’autre, alors c’est moyen; La moitié de la lumière qui traverse la première paire de verre traverse la seconde.

Seule l’orientation entre les lentilles compte, pas la façon dont elles sont dirigées par rapport à l’environnement.
Agrandir / Seule l’orientation entre les lentilles compte, pas la façon dont elles sont dirigées par rapport à l’environnement.

Photo de Miguel Morales

Ce qui compte, c’est seulement l’angle entre les lentilles. Si nous choisissons une orientation relative, comme l’intersection, et faisons pivoter les deux lentilles ensemble, alors nous verrons que l’opacité reste la même. Les lunettes à monture verte à droite sont maintenues à un angle de ± 45 ° par rapport à la verticale, mais comme la première paire permet à la lumière polarisée de passer à 45 ° à gauche de la verticale, toute la lumière est bloquée.

Tout cela semble logique. Mais ensuite, vous vous souvenez qu’il s’agit de mécanique quantique et que la musique sinistre du film commence à jouer en arrière-plan. Ajoutons une troisième paire de lunettes. Pour aider à garder toutes les directions droites, nous utiliserons toujours des pneus bleus pour les directions horizontales / verticales et des pneus verts pour les directions de ± 45 °.

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En commençant par les lentilles croisées, nous ajoutons une lentille diagonale derrière.
Agrandir / En commençant par les lentilles croisées, nous ajoutons une lentille diagonale derrière.

Photo de Miguel Morales

Nous allons commencer avec deux coupes qui se croisent, comme indiqué à gauche. Nous ajouterons ensuite une troisième lentille qui pointe à un angle de 45 degrés derrière Les deux que nous avons déjà. À y regarder de plus près, cela se comporte comme prévu. Partout où vous obscurcissez les verres d’origine, la lumière reste noire. Aux petits angles où il n’y a pas d’interférence complète, la lumière passe à travers l’objectif à un angle de 45 degrés et l’une des autres lentilles et nous obtenons une teinte légèrement plus foncée. Nous le voyons à nouveau sur la figure 1. Si nous regardons les nouveautés , nous voyons que la zone où la lumière doit passer à travers toutes les lentilles. Tous les trois sont également noirs.

Réorganiser les lunettes fait une grande différence.
Agrandir / Réorganiser les lunettes fait une grande différence.

Photo de Miguel Morales

Mais nous verrions une chose cool si nous réorganisions les lunettes. Nous recommençons avec les lunettes croisées, mais maintenant faites glisser l’objectif à un angle de 45 degrés entre elles ou ils. Lorsque nous faisons cela, la lumière passe à travers lorsque les trois lentilles se chevauchent. Lorsque seulement deux lentilles se chevauchent, nous obtenons les résultats attendus – noir pour croix et coloré à 45 degrés relativement. Mais même si les lentilles avant et arrière sont croisées et ne laissent pas passer la lumière, si elles interfèrent avec une autre lentille de polarisation moyenne, la lumière peut soudainement passer à travers.

C’est étrange. La Demande Des lunettes est important. Si vous regardez à la maison, essayez de retourner la disposition des objectifs. Si les lentilles croisées sont les unes à côté des autres dans la pile, alors presque aucune lumière ne passera à travers. Mais si vous basculez entre les cadres bleu (horizontal / vertical) et vert (± 45 degrés), de la lumière passera à travers.