Wenn Licht nur als Teilchen betrachtet wird, wird es dann immer noch als oszillierende elektrische und magnetische Wellen betrachtet?

Reiner Quanteneffekt, Welle und Teilchen sind gleichzeitig alle ungefähr richtig (wenn auch nicht Welle im Sinne einer Wasserwelle und kein Teilchen im Sinne einer winzigen Billardkugel). Die Vorstellung von „manchmal Welle“ und „manchmal Teilchen“ ist ziemlich veraltet. So denke ich gerne über Dinge.

In all dem gibt es ein grundlegendes Objekt – das ist das zweite quantisierte EM-Feld.

Dieses eine allgegenwärtige und allgegenwärtige Objekt hilft, das Verhalten zu definieren, das wir in unserer Welt beobachten, indem es mit den anderen Quantenfeldern interagiert, die den Raum füllen (und definieren).

Es sind die Kommunikationen, die die diskreten Teilchen sind. Die Wechselwirkungen des EM und anderer Felder werden durch zwischen den Feldern ausgetauschte „Nachrichten“ zustande gebracht. Diese „Botschaften“ nennen wir Photonen. Genau wie ein Telefonanruf oder ein Datenpaket über das Internet sind diese Nachrichten „diskret“. Sie können kein halbes Telefongespräch führen! Aber genau wie ein Telefonanruf oder ein Datenpaket kann ein Photon unterschiedliche Wirkungen haben, je nachdem, aus welchen Moden des zweiten quantisierten EM-Feldes es besteht und welche Überlagerungsgewichte in diesen Moden es hat. Die Quantenobservablen definieren die statistischen Verteilungen der Ergebnisse von Wechselwirkungen, die das zweite quantisierte EM-Feld mit den anderen fundamentalen Feldern hat.

Stellen Sie sich das EM-Feld in einem Ein-Photonen-Zustand vor: Angenommen, es befindet sich früher im Quanten-Grundzustand und ein angeregtes Atom hat spontan hineingestrahlt, dh eine "Ein-Photon"-Nachricht an den einzigartigen Quanten-EM-Grundzustand gesendet. Dann breiten sich die Mittelwerte der Observablen des elektrischen und magnetischen Feldes in Raum und Zeit genau nach den Maxwellschen Gleichungen aus. Für den einfachen Ein-Photonen-Zustand definieren die Mittelwerte der Observablen des elektrischen und magnetischen Felds als Funktionen von Position und Zeit vollständig und eindeutig den Zustand des zweiten quantisierten EM-Felds, genauso wie eine einfache Poisson-Wahrscheinlichkeitsverteilung eindeutig definiert ist durch (aber ist nicht äquivalent zu) seinem Mittelwert.

Unser zweites quantisiertes EM-Feld enthält also ein „Teilchen“ und die Mittel des$\vec{E}$Und$\vec{B}$Observables definieren das Feld in diesem Zustand vollständig. Diese Mittel erfüllen die Maxwellschen Gleichungen - die GENAU die relativistische Wellengleichung für ein Photon im freien Raum sind. Sie können nicht "welliger" werden als etwas, dessen kartesische Komponenten die Wellengleichung von D'Alembert erfüllen!

Ich denke, das ist der Grund, warum Dirac seine berühmte Aussage gemacht hat: „Jedes Photon interferiert nur mit sich selbst“, denn wenn keine Verschränkung vorliegt, sagen Sie das Verhalten eines klassischen Feldes voraus, indem Sie dasselbe für jedes Photon tun und die Wahrscheinlichkeitsdichte als die klassische Energiedichte für interpretieren die entsprechenden Photonenzustände, aus denen es besteht. Seine Aussage ist nicht ganz richtig, weil sie bei vorhandener Verstrickung nicht gilt. Siehe meine Antwort auf die Physics SE-Frage. Wie können wir Polarisation und Frequenz interpretieren, wenn wir es mit einem einzelnen Photon zu tun haben? .

Mein Verständnis ist folgendes: Die Welle ist eine Beschreibung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit auftaucht. Seine Teilchennatur wird erst ausgedrückt, wenn die Wellenfunktion zusammenbricht, wenn ein Detektor dies erkennt.