从最小作用到概率:通过相位累积与矢量求和可视化光的传播

作者: Flag137

简介: 用Python和Blender模拟光的传播

最后修改: 2025-06-19 17:34:24.000420

文章状态: 已发布

标签:

A Two approaches w e r e im plemented: 1. A Python numerica l  method computing path probabilities  us ing wave  function superposi tion. 2. A geometric si mulati on using Blender' s  Geometry Node Editor for  The probabilistic na t ur e  of quantum mechanics  di f f ers  fundamentally  from cl a ssical d e t e r m i ni s t ic physics. This paper pres ents  a vis ualization  using Richard F e ynm a n ' s pa t h int e gra l   f o r m ul a t i on, s howing that  particles contribute mos t  strongly to path s  ne a r  c l a s s ical trajectories Abstract while non- classical paths yield negligible  pr oba bi l i ties . interact ive visua l i z a t i on. Results show th at t he  P ython simulation a c hi e ve s  theoretical cons is tency  using vec t or  sum mation (|v|² formulation ) , w hi l e  B lender provides   enhance d geometric int ui tion but faces lim i t a t i ons  in dynamic path  control and numer i c a l  pr ecision. These complementary a pproaches highlight the importance of both  computational a ccur a cy and visual interp r e t a bi l i t y in unders tanding  From Least Action to Probabilit y:   Vis ualizing  Light Propagation with Phase Accumulation and  Vector Summ a tion Author: Jiaqi  D e ng Date: June 18, 2025 This study ex plor es  the visualizati on of qua ntum proba bility a mplitude  for ph ot on propa ga t i on us i ng F e ynm a n' s  pa t h i nt e gra l   formulation. It combines Python n um e ric a l s imula tion a nd B le nde r ge ome try node -ba s e d s i m ul a t i on t o de m ons t ra t e  how   classical prin ciples  e volve into quantum me c ha nic a l de s c riptions  of light prop a ga t i on. quantum phenomena, pa r t icularly for edu c a t i ona l  purpos es . Quantum prob a bi l i t y a m pl i t ude  i s  c a l c ul a t e d us i ng F e ynm a n's  pa t Quantum  P r obabil it y Am pl i t ude   Calcula t ion integral formu l a t i on: P  =  | Σ  e ^ (iS / ) Key conce pt s : - P has e   φ  =  S  /   - F or practical  c om put a t i o n, pha s e  i s  br oke n i nt o c os i ne  a nd s i ne   components :   R e l a t ive P roba bi l i t y  ( Σ  c os φ ) ²  +  ( Σ  s i n φ ) ² - Wa ve numbe r  k =  2 π c  /   λ - P has e   φ  =  kt  =  k * ( t ot a l  pa t h l e ngt h /  s pe e d) M athemati c al N ot a t i on: - S :  Action (o pt i c a l  pa t h) - n: R e frac t ive  i nde x λ : Waveleng t h - c: S peed of li ght - t: Tim e - h: P lanc k co ns t a nt - : R e duced P l a nc k c ons t a nt The appr oach br i dge s  c l a s s i c a l  l e a s t - a c t i on pr i nc i pl e  w i t h qua nt um  pa t probabilit y c o m put a t i on. - Sim ulates path  probabili ty using quantum phas e  s uperpos ition   Python Sim ulation - Interactive GU I  w ith s liders for:      ·  Number of pa t hs (de f ault: 10)      ·  Path perturbation (ra ndom nes s )      ·  Draw ing spe ed   - Calculates pro babil i ty via:     Probability  ( Σ cos φ ) ² + ( Σ sin φ )²     (where  φ  = kt  =  pha s e  f rom action S)   Key Results:    Randomi z ed pa t hs ca nc el via destructive  i nt e r f e r e n ce    Higher path co unts r educe overall probability    Mathe m a t ically  r i gor ous implementation Blender  Simula t i on ( G e ometry Node Wo r kf l ow ) :    - Creates 30 ran domized paths with adjustable curvature   - Embedded node  l ogi c :      1. Com putes pa t h l e ngt h  time  phase  φ       2. Vector summ a t i on of  e^(i φ ) phases     3. Final probab i l ity from | Σ e^(i φ Blender Simulation )|²   Visualiza t ion Fe atures :     Real-tim e  3D p a t h e di ting    Geometric intui tion for phase accumulat i on   Limitations:    Fixed path count  ( 30 pa t hs only)    Floating-point  prec i s i on issues    Manual node dupli c ati on instead of loops    This  r eport com pa r e s  t w o i m pl e m e nt a t i ons  of  qua nt um  pa t h pr oba bi l i t Conclu s ion vis ua l iza t ion: - P yt hon S im ul a t i on:   - High nume r i c a l  pr e c i s i o n a nd c ons i s t e nt  w i t h t he or y   - Accur ately de m ons t r a t e s  i nt e r f e r e nc e  e f f e c t s  w i t h i nc r e a s i ng pa t variabilit y   - S ui table f or  s c i e nt i f i c  a na l ys i s  a nd t e a c hi ng qua nt um  pr oba bi l i t y - B l e nder S imul a t i on:   - S t r ong geo m e t r i c  i nt ui t i on a nd r e a l - t i m e  i nt e r a c t i on   - Vis ua l  a ppe a l  a nd f l e xi bi l i t y i n pa t h e di t i ng   - Limit e d by f i xe d pa t h c ount , pr e c i s i on i s s ue s , a nd i nt e r f a c e  c ons t r a i nt s F indings : - C l a s s ical pat hs  dom i na t e  pr oba bi l i t y a m pl i t ude - Non-clas s i c a l  pa t hs  c a nc e l  out  vi a  de s t r uc t i ve  i nt e r f e r e nc e - Numerical p r e c i s i on a nd  ge om e t r i c  vi s ua l i z a t i on pl a y c om pl e m e nt a r y r ol e s   in teaching qua nt um  c onc e pt s F uture  Work: - Hybrid approa c he s  i nt e gr a t i ng P yt hon's  num e r i c a l  s t r e ngt h w i t h B l e nde r 's   vis ua l iza t ion - Expans ion int o r e l a t i vi s t i c  or  m ul t i - pa r t i c l e  s ys t e m s - Educa t ional  r e s our c e  s ha r i ng t o pr om ot e  e xpe r i m e nt a t i on a nd l e a r ni ng
创建一个文章