Hier ist meine Frage.
Ich kämpfe mit der Definition der Einzelphotoneninterferenz. Nehmen wir an, wir haben ein Michelson-Interferometer und das beobachtete Interferenzmuster ist ein Einzelphotonenergebnis. Wenn wir dann haben und wir haben fast immer unterschiedliche Längen der beiden möglichen Photonenpfade nach dem Strahlteiler, wie könnte es dann möglich sein, dasselbe zu haben? Ankunftszeit der beiden Photonenpfade, wenn sie unterschiedliche Entfernungen zurücklegen? Vielleicht ist meine Annahme, dass der Strahlteiler die beiden Wege in dem Moment erzeugt, in dem das Photon mit dem Strahlteiler interagiert, falsch, aber ich kann die erhaltene Interferenz nicht erklären, es sei denn, ich akzeptiere, dass es bei den beiden möglichen Wegen eine Zeitverzögerung gibt. Dies ist nicht nur für diese Art von Experiment ein Paradoxon, sondern für alle Experimente, die irgendeine Art von Interferenz beinhalten.
Schauen Sie sich meine Antwort auf Spaltbildschirm und Wellen-Teilchen-Dualismus an , da diese viele Themen abdeckt, die für Ihre Frage relevant sind.
Sie haben Recht, wenn wir uns das Photon als kleine Kugel vorstellen, dann können die beiden "Hälften" der kleinen Kugel den Detektor nicht gleichzeitig erreichen, wenn die Arme des Interferometers unterschiedlich lang sind. Aber so funktioniert die Interferenz nicht. Es funktioniert nicht, indem sich die Photonen aufspalten und seine beiden Hälften sich dann gegenseitig stören.
Sich das Licht als kleine Kugel (das Photon) vorzustellen, die um Ihr Interferometer herumprallt, ist höchst irreführend. Das Verhalten des Lichts lässt sich am besten durch die Quantenfeldtheorie erklären, aber wenn wir uns an die reguläre Quantenmechanik halten, müssen wir sagen, dass das Licht über Ihr Ganzes delokalisiert ist, bis wir mit dem Licht interagieren (z. B. indem es auf eine CCD oder eine Fotoplatte trifft). Interferometer.
Das bedeutet nicht, dass das Photon eine Position hat, aber wir wissen es nicht, es bedeutet, dass das Licht einfach keine Position im klassischen Sinne hat. Die Wellenfunktion, die es beschreibt, deckt Ihre gesamte experimentelle Ausrüstung ab. Die Wahrscheinlichkeit, das Photon an einem bestimmten Punkt in Ihrem Kit zu entdecken, ist durch das Quadrat der Größe seiner Wellenfunktion an diesem Punkt gegeben. Wenn Sie die Geometrie Ihres Interferometers ändern, ändern Sie die Wellenfunktion und damit die Wahrscheinlichkeit, das Photon an einem bestimmten Punkt zu detektieren.
Wenn man „Photon“ sagt, befindet man sich im quantenmechanischen Rahmen. Die Quantenmechanik folgt nicht den Regeln der klassischen Mechanik, wenn man versucht, das Photon als ein klassisches Gebilde zu betrachten, wie einen Beutel mit fließender Energie. Das Photon ist im Standardmodell ein punktförmiges Elementarteilchen , es hat keine Ausdehnung und registriert beim Auftreffen auf den Detektor einen Raumpunkt (x,y,z) zur Zeit t. Ein Punkt. Es gibt kein Interferenzmuster von einem Photon in der abgegebenen Energie. Es ist alles an einem Punkt.
Einzelphotoneninterferenzen treten kumulativ auf, aus der zufälligen Anhäufung einzelner Photonen: siehe Seite 7 hier. .
Vielleicht ist meine Annahme, dass der Strahlteiler die beiden Pfade in dem Moment erzeugt, in dem das Photon mit dem Strahlteiler interagiert, falsch.
Ja, es ist falsch. Beim einzelnen Photonenrahmen beeinflusst der Strahlteiler die Wahrscheinlichkeit, welchen Weg das einzelne Photon nehmen wird, er teilt das Photon nicht. In der Quantenmechanik steuern die Wahrscheinlichkeiten das Verhalten von Elementarteilchen, und die Häufung einzelner Treffer verschiedener Photonen ergibt die Interferenzmuster, die Wahrscheinlichkeitshistogramme sind, soweit das Verhalten eines einzelnen Photons abgeschätzt werden kann.
Die Wahrscheinlichkeiten in der Quantenmechanik sind durch das Quadrat der Lösung der Wellenfunktion für das spezifische Problem mit seinen Randbedingungen gegeben.
Bei den elektromagnetischen Wellen ist es mathematisch einfacher, das Verhalten klassisch zu behandeln. Die quantenmechanische Wellenfunktion für das Photon wird durch eine spezielle Form der Maxwell-Gleichung abgeleitet, und das klassische Feld entsteht auf natürliche Weise aus der Ansammlung von Millionen von Photonen, aber das ist eine andere Geschichte.
jack paulden
Selene Rouley