Tutarlılık (fizik) - Coherence (physics)

Olarak fizik , iki dalga kaynakları tutarlı bunların ise frekans ve dalga biçimi aynıdır. Tutarlılık, durağan (yani zamansal ve uzamsal olarak sabit) paraziti mümkün kılan ideal bir dalga özelliğidir . Gerçekte asla tam olarak meydana gelmeyen ancak dalgaların fiziğinin anlaşılmasına izin veren sınırlayıcı durumlar olan ve kuantum fiziğinde çok önemli bir kavram haline gelen birkaç farklı kavram içerir. Daha genel olarak, tutarlılık tüm özelliklerini açıklar korelasyon arasındaki fiziksel miktarlar ya da birkaç dalgaları veya arasında tek bir dalganın dalga paketleri .

Girişim, matematiksel anlamda dalga fonksiyonlarının eklenmesidir. Tek bir dalga kendi kendine girişim yapabilir, ancak bu hala iki dalganın eklenmesidir (bkz. Young'ın yarık deneyi ). Yapıcı veya yıkıcı girişimler sınır durumlardır ve toplamanın sonucu karmaşık veya dikkate değer olmasa bile iki dalga her zaman girişimde bulunur. Müdahale ederken, iki dalga, birinden daha büyük genlikli bir dalga oluşturmak için bir araya gelebilir ( yapıcı girişim ) veya göreli fazlarına bağlı olarak, her ikisinden daha az genlikli bir dalga ( yıkıcı girişim ) oluşturmak için birbirinden çıkarabilir . Sabit bir bağıl faza sahip olan iki dalganın uyumlu olduğu söylenir. Tutarlılık miktarı , giriş dalgalarına göre girişim saçaklarının boyutuna bakan girişim görünürlüğü ile kolayca ölçülebilir (faz kayması değiştiği için); bağıntı fonksiyonları aracılığıyla tutarlılık derecesinin kesin bir matematiksel tanımı verilir.

Uzamsal tutarlılık, uzayda yanal veya uzunlamasına farklı noktalarda dalgalar arasındaki korelasyonu (veya tahmin edilebilir ilişkiyi) tanımlar. Zamansal tutarlılık, zaman içinde farklı anlarda gözlemlenen dalgalar arasındaki korelasyonu tanımlar. Her ikisi de Michelson-Morley deneyinde ve Young'ın girişim deneyinde gözlenir . Michelson interferometresinde saçaklar elde edildikten sonra, aynalardan biri yavaş yavaş ışın ayırıcıdan uzaklaştırıldığında, ışının hareket etme süresi artar ve saçaklar donuklaşır ve sonunda kaybolur, bu da zamansal tutarlılık gösterir. Benzer şekilde, bir çift ​​yarık deneyinde , eğer iki yarık arasındaki boşluk artarsa, tutarlılık yavaş yavaş ölür ve sonunda, uzaysal tutarlılık göstererek saçaklar kaybolur. Her iki durumda da, yol farkı tutarlılık uzunluğunu aştığından, saçak genliği yavaşça kaybolur.

Tanıtım

Tutarlılık aslen ile bağlantılı olarak tasarlanmıştı Thomas Young 'ın çift yarık deneyi içinde optik ama şimdi gibi dalgalar ilgili herhangi alanda kullanılan akustik , elektrik mühendisliği , nörobilim ve kuantum mekaniği . Tutarlılık, bir alanın (elektromanyetik alan, kuantum dalga paketi vb.) uzayda veya zamanda iki noktada istatistiksel benzerliğini tanımlar. Tutarlılık özelliği, holografi , Sagnac jiroskopu , radyo anten dizileri , optik tutarlılık tomografisi ve teleskop interferometreleri ( astronomik optik interferometreler ve radyo teleskopları ) gibi ticari uygulamaların temelidir .

matematiksel tanım

Uygunluk fonksiyonu , iki sinyal arasındaki ve olarak tanımlanmaktadır ${\görüntüleme stili x(t)}$${\görüntüleme stili y(t)}$

${\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)={\frac {|S_{xy}(f)|^{2}}{S_{xx}(f)S_{yy}(f) }}}$

burada bir çapraz-spektral yoğunluk sinyali ve ve güç olan spektral yoğunluk fonksiyonları ve sırasıyla. Çapraz-spektral yoğunluğu ve güç spektral yoğunluğu olarak tanımlanır Fourier dönüşümlerinin arasında çapraz korelasyon ve otokorelasyon sırasıyla sinyaller. Örneğin, sinyaller zamanın fonksiyonlarıysa, çapraz korelasyon, birbirine göre gecikmenin bir fonksiyonu olarak iki sinyalin benzerliğinin bir ölçüsüdür ve otokorelasyon, her bir sinyalin kendisiyle benzerliğinin bir ölçüsüdür. farklı zaman anlarında. Bu durumda tutarlılık frekansın bir fonksiyonudur. Benzer şekilde, eğer ve uzayın işlevleriyse, çapraz korelasyon, uzaydaki farklı noktalarda iki sinyalin benzerliğini ölçer ve otokorelasyon, belirli bir ayırma mesafesi için sinyalin kendisine göre benzerliğini ölçer. Bu durumda tutarlılık, dalga sayısının (uzaysal frekansın) bir fonksiyonudur . ${\ Displaystyle S_{xy}(f)}$${\ Displaystyle S_{xx}(f)}$${\ Displaystyle S_{yy}(f)}$${\görüntüleme stili x(t)}$${\görüntüleme stili y(t)}$${\görüntüleme stili x(t)}$${\görüntüleme stili y(t)}$

Tutarlılık aralıkta değişir . Bu , sinyallerin mükemmel bir şekilde ilişkili veya doğrusal olarak ilişkili olduğu ve tamamen ilişkisiz olduğu anlamına geliyorsa . Giriş ve çıkış olmak üzere doğrusal bir sistem ölçülüyorsa, tutarlılık işlevi tüm spektrumda üniter olacaktır. Bununla birlikte, sistemde doğrusal olmayan durumlar varsa, tutarlılık yukarıda verilen sınırda değişecektir. ${\displaystyle 0\leq \gamma _{xy}^{2}(f)\leq 1}$${\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)=1}$${\displaystyle \gamma _{xy}^{2}(f)=0}$${\görüntüleme stili x(t)}$${\görüntüleme stili y(t)}$

Tutarlılık derecesi ile ilgili makalede daha kesin bir tanım verilmiştir .

Tutarlılık ve korelasyon

İki dalganın tutarlılığı, dalgaların çapraz korelasyon fonksiyonu tarafından nicel olarak ne kadar iyi ilişkili olduğunu ifade eder. Çapraz korelasyon, birincinin fazını bilerek ikinci dalganın fazını tahmin etme yeteneğini ölçer. Örnek olarak, tüm zamanlar için mükemmel bir şekilde ilişkili iki dalga düşünün. Herhangi bir zamanda, faz farkı sabit olacaktır. Birleştirildiklerinde, mükemmel yapıcı girişim, mükemmel yıkıcı girişim veya arada fakat sabit faz farkı olan bir şey sergilerlerse, o zaman mükemmel tutarlı oldukları sonucu çıkar. Aşağıda tartışılacağı gibi, ikinci dalganın ayrı bir varlık olması gerekmez. Farklı bir zamanda veya konumda ilk dalga olabilir. Bu durumda, korelasyon ölçüsü otokorelasyon fonksiyonudur (bazen kendi kendine tutarlılık olarak adlandırılır ). Korelasyon derecesi, korelasyon fonksiyonlarını içerir.

Dalga benzeri durumlara örnekler

Bu durumlar, davranışlarının bir dalga denklemi veya bunun bir genellemesi ile tanımlanması gerçeğiyle birleştirilir .

• Bir ipte (yukarı ve aşağı) veya sinsi (sıkıştırma ve genişleme) dalgalar
• Bir sıvıda yüzey dalgaları
• İletim hatlarındaki elektromanyetik sinyaller (alanlar)
• Ses
• Radyo dalgaları ve Mikrodalgalar
• Işık dalgaları ( optik )
• Kuantum fiziği tarafından tanımlandığı gibi elektronlar , atomlar ve diğer herhangi bir nesne (beyzbol topu gibi)

Bu sistemlerin çoğunda dalga doğrudan ölçülebilir. Sonuç olarak, başka bir dalga ile korelasyonu basitçe hesaplanabilir. Bununla birlikte, optikte herhangi bir dedektörün zaman çözünürlüğünden çok daha hızlı salınım yaptığı için elektrik alanı doğrudan ölçülemez . Bunun yerine, ışığın yoğunluğu ölçülür . Aşağıda tanıtılacak olan bağdaşıklık içeren kavramların çoğu optik alanında geliştirilmiş ve daha sonra diğer alanlarda kullanılmıştır. Bu nedenle, standart tutarlılık ölçümlerinin çoğu, dalganın doğrudan ölçülebildiği alanlarda bile dolaylı ölçümlerdir.

zamansal tutarlılık

Şekil 1: Tek bir frekans dalgasının t (kırmızı) zamanının bir fonksiyonu olarak genliği ve aynı dalganın τ (mavi) kadar geciktirilmiş bir kopyası. Dalganın tutarlılık süresi sonsuzdur çünkü tüm gecikmeler τ için kendisiyle mükemmel bir şekilde bağıntılıdır.

Şekil 2: t zamanının (kırmızı) bir fonksiyonu olarak fazı τ _c zamanında önemli ölçüde kayan bir dalganın genliği ve aynı dalganın 2τ _c gecikmeli bir kopyası (yeşil). Herhangi bir belirli t zamanında dalga, gecikmeli kopyasıyla mükemmel bir şekilde etkileşime girebilir. Ancak, kırmızı ve yeşil dalgaların yarısı aynı fazda ve zamanın yarısı faz dışı olduğundan, ortalama t üzerinde alındığında bu gecikmede herhangi bir girişim ortadan kalkar.

Zamansal tutarlılık, herhangi bir zaman çiftinde bir dalganın değeri ile kendisi arasındaki τ gecikmeli ortalama korelasyonun ölçüsüdür. Zamansal tutarlılık bize bir kaynağın ne kadar tek renkli olduğunu söyler. Başka bir deyişle, bir dalganın farklı bir zamanda kendisine ne kadar iyi müdahale edebileceğini karakterize eder. Önemli bir miktar faz ya da genlik kaçar (ve dolayısıyla korelasyon önemli miktarda azaltır), üzerinde bir gecikme olarak tanımlanır evreuyumluzaman τ _c . Gecikme geçerken önemli ölçüde düşer ise x = 0, bir gecikme de tutarlılık derecesi mükemmel, τ = τ _c . Bağdaşım uzunluk L _c dalga zaman τ mesafe olarak tanımlanır _c .

Tutarlılık zamanını sinyalin zaman süresiyle, tutarlılık uzunluğunu da tutarlılık alanıyla karıştırmamaya dikkat edilmelidir (aşağıya bakınız).

Tutarlılık süresi ve bant genişliği arasındaki ilişki

Bir dalga Af frekans daha büyük aralığı içeren gösterilebilir, hızlı dalga decorrelates (ve bu nedenle daha küçük τ _C olan). Böylece bir takas var:

${\displaystyle \tau _{c}\Delta f\gtrsim 1}$.

Biçimsel olarak bu , güç spektrumunun Fourier dönüşümünü (her frekansın yoğunluğu) kendi otokorelasyonuyla ilişkilendiren matematikteki evrişim teoreminden gelir .

Zamansal tutarlılık örnekleri

Dört zamansal tutarlılık örneğini ele alıyoruz.

• Yalnızca tek bir frekans içeren (monokromatik) bir dalga, yukarıdaki bağıntıya göre, tüm zaman gecikmelerinde kendisiyle mükemmel bir şekilde bağıntılıdır. (Bkz. Şekil 1)
• Tersine, fazı hızla sürüklenen bir dalga kısa bir tutarlılık süresine sahip olacaktır. (Bkz. Şekil 2)
• Benzer şekilde, doğal olarak geniş bir frekans aralığına sahip olan dalgaların darbeleri ( dalga paketleri ) de dalganın genliği hızla değiştiği için kısa bir tutarlılık süresine sahiptir. (Bkz. Şekil 3)
• Son olarak, çok geniş bir frekans aralığına sahip olan beyaz ışık, hem genlik hem de faz olarak hızla değişen bir dalgadır. Sonuç olarak çok kısa bir tutarlılık süresine sahip olduğundan (sadece 10 periyot kadar), genellikle tutarsız olarak adlandırılır.

Lazerlerin yüksek derecede tek renkliliği , uzun tutarlılık uzunlukları (yüzlerce metreye kadar) anlamına gelir. Örneğin, stabilize edilmiş ve tek modlu bir helyum-neon lazer , 300 m'lik tutarlılık uzunlukları ile kolayca ışık üretebilir. Bununla birlikte, tüm lazerler yüksek derecede monokromatikliğe sahip değildir (örneğin, mod kilitli bir Ti-safir lazer için , Δλ ≈ 2 nm - 70 nm). LED'ler Δλ ≈ 50 nm ile karakterize edilir ve tungsten filaman ışıkları Δλ ≈ 600 nm sergiler, bu nedenle bu kaynakların çoğu monokromatik lazerlerden daha kısa tutarlılık süreleri vardır.

Holografi , uzun bir tutarlılık süresi olan ışık gerektirir. Buna karşılık, optik koherens tomografi klasik versiyonunda kısa bir uyum süresi ile ışık kullanır.

Zamansal tutarlılığın ölçümü

Şekil 3: Genliği τ _c (kırmızı) zamanında önemli ölçüde değişen bir dalga paketinin genliği ve aynı dalganın 2τ _c gecikmeli bir kopyası (yeşil) t zamanının bir fonksiyonu olarak çizilmiştir . Herhangi bir zamanda kırmızı ve yeşil dalgalar birbiriyle ilişkili değildir; biri salınım yaparken diğeri sabittir ve bu nedenle bu gecikmede herhangi bir girişim olmayacaktır. Buna bakmanın başka bir yolu, dalga paketlerinin zaman içinde üst üste gelmemesidir ve bu nedenle herhangi bir zamanda sadece bir sıfır olmayan alan vardır, bu nedenle hiçbir girişim meydana gelmez.

Şekil 4: Şekil 2 ve 3'teki örnek dalgalar için τ gecikmesinin bir fonksiyonu olarak çizilen bir interferometrenin çıkışında algılanan zaman ortalamalı yoğunluk (mavi). ve yıkıcı. Siyah çizgiler , tutarlılık derecesini veren girişim zarfını gösterir . Şekil 2 ve 3'teki dalgaların farklı zaman süreleri olmasına rağmen, aynı tutarlılık sürelerine sahiptirler.

Optikte, zamansal tutarlılık, Michelson interferometresi veya Mach-Zehnder interferometresi gibi bir interferometrede ölçülür . Bu cihazlarda, bir dalga, kendisinin τ zamanı kadar geciktirilmiş bir kopyasıyla birleştirilir. Bir dedektör , interferometreden çıkan ışığın zamana göre ortalama yoğunluğunu ölçer . Girişim deseninin ortaya çıkan görünürlüğü (örneğin bakınız Şekil 4), τ gecikmesinde zamansal tutarlılığı verir. Çoğu doğal ışık kaynağı için tutarlılık süresi, herhangi bir dedektörün zaman çözünürlüğünden çok daha kısa olduğundan, zaman ortalamasını dedektörün kendisi yapar. 2τ burada, sabit bir gecikme Şekil 3'te gösterilen örneği ele alalım _C sonsuz hızlı dedektörü dalgalanır önemli bir zaman içinde bu bir yoğunluk ölçer olur, t τ için eşit _c . Bu durumda, 2τ _c'deki zamansal tutarlılığı bulmak için , yoğunluğun manuel olarak zaman ortalaması alınır.

mekansal tutarlılık

Su dalgaları veya optik gibi bazı sistemlerde dalga benzeri durumlar bir veya iki boyuta yayılabilir. Uzamsal tutarlılık, uzayda iki noktanın, x ₁ ve x ₂ , zaman içinde ortalaması alındığında, bir dalganın girişim yapma kabiliyetini tanımlar . Daha doğrusu, uzaysal tutarlılık, bir dalgadaki iki nokta arasındaki tüm zamanlar için çapraz korelasyondur . Eğer bir dalga sonsuz bir uzunlukta sadece 1 genlik değerine sahipse, uzaysal olarak tamamen tutarlıdır. Üzerinde önemli girişimin olduğu iki nokta arasındaki ayrım aralığı, tutarlılık alanının çapını tanımlar, A _c (Uyum uzunluğu, genellikle bir kaynağın özelliğidir, genellikle kaynağın tutarlılık süresi ile ilgili endüstriyel bir terimdir, ortam içinde). bir tutarlılık alanı _c Young çift yarık interferometrenin bir bütünlük ilgili türüdür. Optik görüntüleme sistemlerinde ve özellikle çeşitli astronomi teleskoplarında da kullanılır. Bazen insanlar, dalga benzeri bir durum kendisinin uzamsal olarak kaydırılmış bir kopyasıyla birleştirildiğinde görünürlüğe atıfta bulunmak için "uzaysal tutarlılık" kullanır.

Örnekler

• mekansal tutarlılık
• 

  Şekil 5: Sonsuz tutarlılık uzunluğuna sahip bir düzlem dalga .

• 

  Şekil 6: Değişken bir profile (dalga cephesi) ve sonsuz tutarlılık uzunluğuna sahip bir dalga.

• 

  Şekil 7: Değişken bir profile (dalga cephesi) ve sonlu tutarlılık uzunluğuna sahip bir dalga.

• 

  Şekil 8: Sonlu tutarlılık alanına sahip bir dalga bir iğne deliği (küçük açıklık) üzerine geliyor. Dalga olacaktır kırınıma iğne deliği üzerinden. İğne deliğinden uzakta, ortaya çıkan küresel dalga cepheleri yaklaşık olarak düzdür. Tutarlılık alanı artık sonsuzdur ve tutarlılık uzunluğu değişmez.

• 

  Şekil 9: Sonsuz tutarlılık alanına sahip bir dalga, kendisinin uzamsal olarak kaydırılmış bir kopyasıyla birleştirilir. Dalgadaki bazı bölümler yapıcı, bazıları yıkıcı olarak müdahale eder. Bu bölümlerin ortalamasını alarak, D uzunluğundaki bir dedektör azaltılmış parazit görünürlüğünü ölçecektir . Örneğin, yanlış hizalanmış bir Mach–Zehnder interferometre bunu yapacaktır.

Bir tungsten ampul filamanı düşünün. Filamentteki farklı noktalar bağımsız olarak ışık yayar ve sabit bir faz ilişkisi yoktur. Ayrıntılı olarak, herhangi bir zamanda yayılan ışığın profili bozulacaktır. Profil, tutarlılık süresi boyunca rastgele değişecektir . Ampul gibi bir beyaz ışık kaynağı için küçük olduğundan, filaman uzamsal olarak tutarsız bir kaynak olarak kabul edilir. Buna karşılık, bir radyo anten dizisi , dizinin karşıt uçlarındaki antenler sabit bir faz ilişkisi ile yaydıkları için geniş bir uzaysal tutarlılığa sahiptir. Bir lazer tarafından üretilen ışık dalgaları genellikle yüksek zamansal ve uzamsal tutarlılığa sahiptir (yine de tutarlılık derecesi lazerin kesin özelliklerine büyük ölçüde bağlıdır). Lazer ışınlarının uzamsal tutarlılığı, gölge kenarlarında görülen benek desenleri ve kırınım saçakları olarak da kendini gösterir. ${\displaystyle \tau _{c}}$${\displaystyle \tau _{c}}$

Holografi, zamansal ve uzamsal olarak tutarlı ışık gerektirir. Onun mucit Dennis Gabor lazerler icat edilmeden önce, on yıldan daha başarılı hologramlar daha üretti. Tutarlı ışık üretmek için, bir cıva buharlı lambanın emisyon hattından gelen monokromatik ışığı, bir iğne deliği uzamsal filtreden geçirdi.

Şubat 2011'de , mutlak sıfıra yakın / Bose-Einstein yoğuşma durumuna soğutulan helyum atomlarının, bir lazerde olduğu gibi akması ve uyumlu bir ışın gibi davranması sağlanabileceği bildirildi.

spektral tutarlılık

Şekil 10: Farklı frekanslardaki dalgalar, eğer uyumlularsa, lokalize bir darbe oluşturmak için girişimde bulunurlar.

Şekil 11: Spektral olarak tutarsız ışık, rastgele değişen bir faz ve genliğe sahip sürekli ışık oluşturmak için girişimde bulunur

Farklı frekanslardaki dalgalar (ışıkta bunlar farklı renklerdir), eğer sabit bir göreli faz ilişkisine sahiplerse bir darbe oluşturmak için girişimde bulunabilirler ( Fourier dönüşümüne bakınız ). Tersine, farklı frekanslardaki dalgalar uyumlu değilse, o zaman birleştiklerinde zaman içinde sürekli bir dalga oluştururlar (örneğin beyaz ışık veya beyaz gürültü ). Darbenin geçici süresi, aşağıdakilere göre ışığın spektral bant genişliği ile sınırlıdır : ${\görüntüleme stili\Delta t}$${\ Displaystyle \ Delta f}$

${\displaystyle \Delta f\Delta t\geq 1}$,

bu, Fourier dönüşümünün özelliklerinden çıkar ve Kupfmüller'in belirsizlik ilkesiyle sonuçlanır (kuantum parçacıkları için aynı zamanda Heisenberg belirsizlik ilkesiyle sonuçlanır ).

Faz lineer olarak frekansa bağlıysa (yani ), darbe bant genişliği için minimum zaman süresine sahip olacaktır ( dönüşüm sınırlı bir darbe), aksi takdirde kısılır (bakınız dağılım ). ${\görüntüleme stili \teta (f)\propto f}$

Spektral tutarlılık ölçümü

Işığın spektral tutarlılığının ölçümü, yoğunluk optik korelatör , frekans çözümlü optik geçit (FROG) veya doğrudan elektrik alanı yeniden yapılandırması (SPIDER) için spektral faz interferometrisi gibi doğrusal olmayan bir optik interferometre gerektirir .

Polarizasyon ve tutarlılık

Işık ayrıca elektrik alanının salınım yönü olan bir polarizasyona sahiptir . Polarize olmayan ışık, rastgele polarizasyon açılarına sahip tutarsız ışık dalgalarından oluşur. Polarize olmayan ışığın elektrik alanı her yönde dolaşır ve iki ışık dalgasının uyum süresi boyunca faz değiştirir. Herhangi bir açıda döndürülen bir emici polarizör , zaman içinde ortalaması alındığında her zaman olay yoğunluğunun yarısını iletecektir.

Elektrik alanı daha küçük bir miktarda dolaşırsa, ışık kısmen polarize olur, böylece bir açıda polarizör yoğunluğun yarısından fazlasını iletir. Bir dalga, tutarlılık süresinden daha az geciktirilmiş kendisinin dikey olarak polarize edilmiş bir kopyasıyla birleştirilirse, kısmen polarize ışık oluşturulur.

Bir ışık demetinin polarizasyonu, Poincare küresinde bir vektör ile temsil edilir . Polarize ışık için vektörün ucu kürenin yüzeyinde bulunurken, vektörün polarize olmayan ışık için uzunluğu sıfırdır. Kısmen polarize ışık vektörü kürenin içindedir.

Uygulamalar

holografi

Optik dalga alanlarının tutarlı üst üste binmeleri holografiyi içerir . Holografik fotoğraflar sanat olarak ve sahte güvenlik etiketleri oluşturmak için kullanılmıştır.

Optik olmayan dalga alanları

Diğer uygulamalar, optik olmayan dalga alanlarının tutarlı üst üste binmesiyle ilgilidir . Kuantum mekaniğinde, örneğin, dalga fonksiyonuyla ilişkili bir olasılık alanı ele alınır (yorum: olasılık genliğinin yoğunluğu). Buradaki uygulamalar, diğerlerinin yanı sıra, gelecekteki kuantum hesaplama teknolojileri ve halihazırda mevcut olan kuantum kriptografi teknolojisi ile ilgilidir . Ek olarak, aşağıdaki alt bölümün sorunları ele alınmaktadır. ${\displaystyle \psi (\mathbf {r} )}$

Modal Analiz

Tutarlılık, ölçülen transfer fonksiyonlarının (FRF'ler) kalitesini kontrol etmek için kullanılır. Düşük tutarlılık, zayıf sinyal-gürültü oranı ve/veya yetersiz frekans çözünürlüğünden kaynaklanabilir.

kuantum tutarlılık

Kuantum mekaniğine göre , tüm nesneler dalga benzeri özelliklere sahip olabilir (bkz. de Broglie dalgaları ). Örneğin, Young'ın çift ​​yarık deneyinde ışık dalgaları yerine elektronlar kullanılabilir. Her elektronun dalga fonksiyonu her iki yarıktan geçer ve bu nedenle bir ekrandaki yoğunluk modeline katkıda bulunan iki ayrı bölünmüş ışına sahiptir. Standart dalga teorisine göre, bu iki katkı, aşağı yönde bir ekranda yıkıcı girişim nedeniyle karanlık bantlarla iç içe geçmiş, yapıcı girişim nedeniyle parlak bantların bir yoğunluk modeline yol açar. Bu girişim ve kırınım yeteneği, her iki yarıkta üretilen dalgaların tutarlılığı (klasik veya kuantum) ile ilgilidir. Bir elektronun bir dalga ile ilişkisi, kuantum teorisine özgüdür.

Gelen ışın bir kuantum saf hali ile temsil edildiğinde, iki yarığın akış aşağısındaki bölünmüş kirişler, her bir bölünmüş ışını temsil eden saf durumların bir süperpozisyonu olarak temsil edilir . Kusurlu tutarlı yolların kuantum tanımına karışık durum denir . Mükemmel uyumlu bir durum, saf tutarlı durum üzerine bir izdüşüm olan ve bir dalga fonksiyonuna eşdeğer olan bir yoğunluk matrisine ("istatistiksel operatör" olarak da adlandırılır) sahiptir, karışık bir durum ise saf durumlar için klasik bir olasılık dağılımı ile tanımlanır. karışımı hazırlayın.

Makroskopik ölçekli kuantum tutarlılığı, makroskopik kuantum fenomeni olarak adlandırılan yeni fenomenlere yol açar . Örneğin lazer , süperiletkenlik ve süperakışkanlık , etkileri makroskopik ölçekte belirgin olan oldukça uyumlu kuantum sistemlerinin örnekleridir. Süperakışkanlık ve lazer ışığı için makroskopik kuantum tutarlılığı (köşegen dışı uzun menzilli düzen, ODLRO), birinci dereceden (1 gövdeli) tutarlılık/ODLRO ile, süper iletkenlik ise ikinci dereceden tutarlılık/ODLRO ile ilgilidir. (Elektronlar gibi fermiyonlar için, yalnızca tutarlılık/ODLRO düzenleri bile mümkündür.) Bozonlar için, Bose-Einstein yoğuşması , çoklu işgal edilmiş tek parçacık durumu aracılığıyla makroskopik kuantum tutarlılığı sergileyen bir sistemin bir örneğidir.

Klasik elektromanyetik alan, makroskopik kuantum tutarlılığı sergiler. En belirgin örnek, radyo ve TV için taşıyıcı sinyaldir. Glauber'in kuantum tutarlılık tanımını karşılarlar .

Son zamanlarda MB Plenio ve iş arkadaşları, bir kaynak teorisi olarak kuantum tutarlılığın operasyonel bir formülasyonunu oluşturdular. Dolaşık monotonlara benzer tutarlılık monotonlarını tanıttılar. Kuantum tutarlılığının, tutarlılığın dolanıklık olarak aslına uygun olarak tanımlanabilmesi ve bunun tersine, her dolaşıklık ölçüsünün bir tutarlılık ölçüsüne tekabül etmesi anlamında kuantum dolaşıklığa eşdeğer olduğu gösterilmiştir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

• Dr. SkySkull (2008-09-03). "Optik temelleri: Tutarlılık" . Yıldızlardaki Kafatasları .