Gleiches Photon oder anderes Photon?

Es ist eine Frage der Definition von "gleich" .

Klassischerweise kann man den "gleichen" Zustand von Partikeln durch aufgeklebte Etiketten definieren. Licht ist klassischerweise eine Welle und bedarf einer neuen Definition. Wir wenden die alltägliche Definition an, indem wir den Lichtstrahl mit der Quelle identifizieren. Das Licht, das die Sonne verlässt, ist das gleiche Licht, das auf der Erde ankommt. Das vom Mond reflektierte Licht ist dasselbe Licht. Das Licht einer Kerze, das auf einen Spiegel fällt, ist das gleiche Licht. Man kann Licht nur von seiner Quelle aus benennen, imo.

Quantenmechanisch gesehen ist Licht ein entstehendes Phänomen aus einem Zusammenfluss von Photonen, und Photonen sind Elementarteilchen. Quantenmechanische Berechnungen waren sehr erfolgreich bei der Beschreibung von Elementarteilchenexperimenten und werden ausgiebig und erfolgreich in kosmologischen Modellen eingesetzt. Die einfachste Grundrechnung ist eine Streuung eines Teilchens an einem anderen Teilchen, und die Photonen-Elektronen-Streuung kann dargestellt werden als:

Dieses Diagramm wird verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Wechselwirkung zu berechnen, was die mathematische Modellierung auf Quantenebene ist. Es ist der vorherrschende Begriff bei der Berechnung des Wirkungsquerschnitts für ein Photon, das ein Elektron bei Energien unterhalb der Teilchenerzeugung trifft.

Jetzt stellt sich die Frage : "Ist es das gleiche Photon, das in das Streudiagramm eintritt und es verlässt? " Die Position ist nicht anders als bei Lichtstrahlen, die ebenfalls nicht beschriftet werden können. Die Quelle ist ein Photon auf einem Elektron, die Ausgabe ist ein Photon und ein Elektron. Man kann die Existenz des Photons von der Quelle aus definieren und es "dasselbe" nennen .

Wenn man zu dem von Ihnen beschriebenen Apparat geht, wird die Elektronenleitung aus der Schale, die Wechselwirkung mit den Feldern der Gitter geht durch, aber die Logik ist dieselbe. Die Streuung kann elastisch oder unelastisch sein und es gibt für jeden Fall eine Wahrscheinlichkeit. Durch die Linse ist die Wahrscheinlichkeit hoch, elastisch in der durch den makroskopischen optischen Strahl definierten Richtung gestreut zu werden.

Wenn ich also das Experiment durchführen würde und einen Photonentreffer auf dem CCD hätte und eine Photonenquelle hätte, würde ich es als dasselbe von der Quelle identifizieren. Natürlich kommen nicht alle CCD-Treffer von der Lichtquelle, da es kosmische und umgebende Strahlung gibt, aber das wird der Rauschpegel des Experiments sein.

Ihre Frage basiert auf der Annahme, dass ein Photon ein grundlegendes Objekt ist, dh dass Photonen etwas sind, auf das wir zeigen und sagen können, hier ist Photon 1, hier ist Photon 2 und so weiter. Das Problem ist, dass Teilchen der Quantenfeldtheorie etwas schwer fassbare Objekte sind. Dies gilt insbesondere für Teilchen wie Photonen, die ihre eigenen Antiteilchen sind, da solche Teilchen frei erzeugt und zerstört werden können. Zumindest Fermionen wie Elektronen sind durch Erhaltung der Leptonenzahl geschützt.

Im Allgemeinen sieht Energie, die sich in einem Quantenfeld ausbreitet, nur dann wie ein Teilchen aus, wenn Energie in das oder aus dem Feld übertragen wird, dh wenn ein Photon erzeugt oder zerstört wird. Außerhalb dieser Ereignisse ist es schwierig, auf etwas hinzuweisen, das wie ein Photon aussieht.

Ich glaube also nicht, dass Ihre Frage eine Antwort hat, da es nicht sinnvoll ist, über ein einzelnes Photon zu sprechen, es sei denn, es findet eine Wechselwirkung statt.

Photonen sind Bosonen, also folgt sie der Bose-Einstein-Statistik, die nur wahr ist, wenn die Teilchen wirklich nicht unterscheidbar sind. Wenn Sie zwischen zwei Photonen unterscheiden können, folgt dies der klassischen Boltzmann-Statistik, was in Experimenten nicht der Fall ist. Das bedeutet, dass Photonen mit gleichen Eigenschaften gleich sind.

Selbst in Ihrer Situation mit Photon von der Quelle zum Ziel gibt es keine Möglichkeit festzustellen, ob das Photon das ursprüngliche Photon ist. Eine Möglichkeit besteht darin, dass Vakuumschwankungen ein Photonenpaar erzeugen und eines davon auf den Detektor trifft. Das „ursprüngliche Photon“ fliegt dem anderen davon. Es ist auch möglich, dass einer von ihnen mit dem "alten Photon" annihiliert und das "neue Photon" nun vorgibt, das "alte Photon" zu sein.

Wie wir Photonen unterscheiden, hängt von ihren Eigenschaften ab. Allerdings können Sie dem Photon tatsächlich verschiedene Eigenschaften aufprägen, um sie von anderen zu unterscheiden, wie z. B. Wellenlänge, Polarisation und Drehimpuls. Photonen mit unterschiedlichen Eigenschaften sind in der Tat unterschiedlich, sodass Sie sie unterscheiden können, und die Statistik ist unterschiedlich. Sie können mit der Materie wie einer Linse interagieren, in der sie absorbiert und wiederholt wieder emittiert werden. Solange sich die Eigenschaften nicht ändern, können Sie nicht feststellen, ob es sich vom "ursprünglichen" Photon unterscheidet, da eine solche Frage ungültig ist.

Eine besondere Eigenschaft ist die Verschränkung zwischen Photonen, die eine ziemlich gute Möglichkeit bietet, zu unterscheiden, ob das Photon "original" ist. Sie können tatsächlich feststellen, ob das am Detektor ankommende Photon statistisch mit dem ursprünglichen Photon identisch ist (durch Testen der Verschränkung), da alle Prozesse zwischen den Kohärenzen erforderlich sind. So kann er den Fall mit dem Detektorklick des Photons von der Vakuumschwankung trennen.

Die grundlegende Frage lautet: Wenn zwei Objekte per Definition wirklich gleich sind (in irgendeiner Weise, wirklich, es gibt keine physikalische Möglichkeit, sie voneinander zu unterscheiden), sind sie dann das Ununterscheidbare? Und die Antwort ist ja, man kann sie nicht durch das physikalische Gesetz unterscheiden.

In Anlehnung an das Konzept einer "Black Box" aus der Technik haben wir ein Photon, das in die Box "hineingeht", und ein Photon, das aus der Box kommt.
Wir machen ein „Bild“ des eintretenden Photons (seine Amplitude und Wellenlänge), und wir machen ein „Bild“ des herauskommenden Photons (seine Amplitude und Wellenlänge), und wir vergleichen die „Bilder“. Wenn die "Bilder" gleich sind, können wir sagen, dass es sich um dasselbe Photon handelt. Denken Sie daran, dass wir in der "Black Box" einfach eine Glasfaserleitung haben könnten, oder wir könnten ein Detektor-Sender-Paar oder ein anderes photoelektrisches Gerät darin haben. Da wir nicht wissen, was sich in der Black Box befindet, können wir nur die Eigenschaften der Eingangs- und Ausgangsphotonen vergleichen, um festzustellen, ob sie gleich (oder nicht) sind. Wenn sie gleich sind, können wir zu Recht schlussfolgern, dass das ausgegebene Photon dasselbe Photon ist , das hineingegangen ist , aber nur verzögert.