Existiert ein einzelnes weißes Photon?

Existiert ein Photon mit überlagerten Frequenzen?

(bezogen auf die vom Prisma oder anderen Detektoren erfasste Frequenz, nicht bezogen auf das menschliche Auge, da nur Stäbchenzellen ein Photon erkennen können, das in das nachweisbare (sichtbare) Frequenzband fällt, und das einzelne Photon vom Auge + Gehirn unabhängig von der Frequenz als grau wahrgenommen wird).

Außerdem möchte ich hier mit Weiß nicht die Frage einschränken, ob alle VIBGYOR-Frequenzen oder nur RGB impliziert sind, da jede Farbe auch ein Bereich von Frequenzen ist und das menschliche Auge von Weiß zum trichromatischen Sensor nur von drei RGB-Frequenzen ausgegeben wird.

Oder kann es sein, dass Materialien, die das Licht verlangsamen, dazu führen, dass sich ein Photon mit einer einzigen Frequenz und höherer Energie in VIBGYOR aufspaltet? || und das gesamte Spektrum des Erfassungsbereichs des menschlichen Auges ist VIBGYOR + W (da monochromatisches Licht hoher Intensität auch vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen werden kann und es überhaupt nicht mit einzelnen Farbsensoren des menschlichen Auges zusammenhängt, sondern mit einer bestimmten Energie pro Einheit Volumen (bezieht sich auf den Detektorbereich der Augenzellen), wir nehmen es weiß wahr, (etwas, aber nicht genau) ähnlich der Kombination von Rot und Grün, die das menschliche Auge + Gehirn gelb nennt.

Ich habe die zusätzliche Beschreibung hinzugefügt, um die Frage zu präzisieren. Wenn meine Beschreibung Verwirrung stiftet, bleiben Sie bitte bei der ursprünglichen Frage und verwenden Sie die Beschreibung nur, um eine Vorstellung von der Absicht der Frage zu bekommen.

Theoretisch ja, ein Photon kann sich in einer Überlagerung vieler verschiedener Frequenzen befinden (Frequenz ist im Grunde gleichbedeutend mit Energie E = H F ). Aber bei jeder Messung werden Sie die Wellenfunktion immer in einen Zustand mit wohldefinierter Frequenz bringen.
Die Überlagerung verschiedener Frequenzen als Zustand eines Photons hat wenig gemeinsam mit einer Mischung von Photonen (oder Wellen) mit unterschiedlichen Frequenzen, die weiße Farbe erzeugen. Alle Terme der Superposition sind monochromatisch, sie „mischen sich nicht“, und jeder ist ein vollständiges Bild dessen, was beobachtet werden könnte. Photon kann also in einem überlagerten Zustand existieren, aber es wird nicht weiß sein. Aus dem gleichen Grund ist die Überlagerung von toten und lebendigen Schrödinger-Katzen keine tot-und-lebendige Katze, trotz der weit verbreiteten Missverständnisse, sondern eher wie zwei Katzen in vergänglichen "Parallelwelten".
Die übliche Definition eines Photons ist ein monochromatisches Feld, auf dem Leiteroperatoren operieren. Der Zahlenoperator hat ganzzahlige Eigenwerte. Ich weiß nicht, wie das mit einer Überlagerung funktioniert. Ich habe noch nie eine solche Entwicklung gesehen, aber das bedeutet nicht, dass es nicht möglich ist. Es scheint jedoch etwas anderes zu sein als die übliche Definition von Photon .
@Quantumspaghettification Frequenz ist Frequenz, wie kann ein Photon viele davon haben?
@bill Ich glaube, er meinte, es ist eine Überlagerung von Quantenzuständen mit jeweils einer anderen Frequenz. Wenn Sie versuchen, es zu messen, erhalten Sie ein einzelnes Photon bei einer der Frequenzen, und wenn Sie es mehrmals mit derselben anfänglichen Vorbereitung wiederholen, erhalten Sie die Prozentsätze von Photonen, die sich aus den Wahrscheinlichkeiten ergeben, dass sich dieser Zustand in einem der Eigenzustände befindet , dh Frequenzen.
Ich bin mir nicht sicher, ob ich folgen kann. Ein Photon kann man nur einmal messen und es hat meines Wissens auch nur eine Frequenz.
Wenn ich mir das richtig vorstelle, werden überlagerte Quantenzustände durch den Akt der Messung zu einer bestimmten Frequenz zusammenbrechen? oder die anderen überlagerten Zustände existieren, aber in parallelen Universen und alle/irgendwelche Beobachtungen führen dazu, dass sie einen bestimmten Frequenzwert angeben?
@Quantumspaghettification Ich finde, dass ich beim Visualisieren bis jetzt und vor Ihrem Kommentar Photon hauptsächlich basierend auf der Frequenz visualisiert habe. Jetzt denke ich, dass das Quantenenergiepaket ein besserer Ausgangspunkt ist. Glaubst du, es ist besser so?
@Bob Ich versuche, eine Zustandsgleichung zu schreiben, die die Wechselwirkung von Photonen mit Wassermolekülen beinhaltet: ein organisierter Cluster von Wassermolekülen, um genau zu sein. Können Sie vorschlagen, wie man überlagerte Quantenenergiepaket-Photonen in die Gleichung einfügt, falls ich das erwartete Ergebnis der Reaktion nicht kenne? (Hinweis: Es muss kein reines Wasser sein, es kann Ionen enthalten). Jeder andere Vorschlag in diesem Zusammenhang wird geschätzt.
@BillAlsept Aus dem gleichen Grund kann ein Elektron einen (Überlagerung von) Aufwärtsspin und Abwärtsspin haben. Ein Photon kann sich gleichzeitig in zwei (oder mehr) verschiedenen Energieeigenzuständen befinden. Bei der Messung sehen Sie nur eine Frequenz, wie bei der Messung des Spins eines Elektrons sehen Sie nur Up-Spin oder Down-Spin.
@SPARK Es gibt ein Sprichwort (dessen Ursprung ich nicht finden kann), dass ein Elektron weder eine Welle noch ein Teilchen ist; es ist ein Elektron. Dasselbe gilt für Photonen. Ich glaube nicht, dass es hilfreich wäre, es als "Quantenenergiepaket" zu betrachten. Dies scheint zu implizieren, dass ein Photon eine genau definierte Energie (/Frequenz) hat - möglicherweise nicht. Ich denke, das Bild eines „Quantenpakets von Schwingungen“ ist hilfreicher, wenn Sie diesen Weg einschlagen wollen. Ich visualisiere auf die gleiche Weise, wie ich ein Elektron visualisiere – dh als ein Teilchen (wie ein Ding).
@Quantumspaghettification Spin kann genau wie die Polarisation auf die eine oder andere Weise gemessen werden, aber das ist anders als die Frequenz. Es gibt immer nur eine Frequenz für ein einzelnes Photon, wenn es sich bewegt. Es gibt weder eine Möglichkeit zu beweisen, dass ein einzelnes reisendes Photon eine Superposition vieler Frequenzen haben kann, noch gibt es einen Grund, dieses Komplikationsniveau hinzuzufügen. Aus der einfachen Beschreibung von Photonen mit Einzelfrequenzen lassen sich beliebige Lichtphänomene ableiten.
Ich bin mir also nicht ganz sicher, ob Sie einen reinen Zustand vorbereiten können, der die Quantenüberlagerung von 3 Farben wäre, sodass er Weiß darstellen würde. Ich weiß, dass Sie nur die Fremdkörper erkennen können, die reine Frequenzen sind. Und Sie können eine Mischung vorbereiten, mehrere Photonen. Ich denke, physikalisch stimme ich @Bill zu, Spin-Überlagerungen sind auch Eigenzustände, nur auf unterschiedlicher Basis. Ich weiß nicht, ob es ein einzelnes weißes Photon geben würde, aber Sie konnten es nicht entdecken. Vielleicht kann ein QM'er das klären
@Funke. Ich bin mir nicht sicher, warum nicht mehrere Photonen mit jeweils einer Frequenz, die Ihnen statistisch weiß gibt. Vielleicht eine Quantendichteformulierung, aber vielleicht einfacher mit jeweils einer und einer Mischung.

Antworten (5)

Hier gibt es viele widersprüchliche Antworten. Die grundlegenden Fakten sind

  • Ja, ein Photon allein kann sich in einer Quantenüberlagerung verschiedener Frequenzen befinden, die man „weiß“ nennen könnte.
  • Nein, ein solches Photon kann wahrscheinlich nicht durch einen einfachen natürlichen Prozess erzeugt werden.
  • Nein, ein solches Photon würde nicht weiß aussehen , weil die Überlagerung bei der Messung zusammenbricht und nur eine Frequenz ergibt. (Nur eine Ihrer Kegelzellen könnte möglicherweise als Reaktion darauf feuern, vorausgesetzt, dass überhaupt ein gleichmäßiges Feuer auftritt.) Eine Ansammlung vieler solcher Photonen würde jedoch insgesamt weiß aussehen.

Ein Photon ist axiomatisch eines der Elementarteilchen, die das Standardmodell der Teilchenphysik bilden. Es hat Energie E = H v Wo v ist die Frequenz, die eine große Anzahl von Photonen dieser Energie aufbauen wird. Seine Masse ist null und sein Spin +/- 1 in seiner Bewegungsrichtung. Die Axiome des Standardmodells wurden gewählt, weil das Modell zu den Daten passt und unzählige Experimente es validiert haben.

Als quantenmechanische Einheit können Photonen in Überlagerung sein, und drei von ihnen mit geeigneten Frequenzen könnten in die Gruppe fallen, die die Wahrnehmung von Weiß im Diagramm ergibt .

Es gibt keine „Weißfrequenz“, da die Farbwahrnehmung ein biologischer Mechanismus ist.

Ein guter Ansatz zur Beantwortung der Frage besteht darin, ein Experiment zu entwerfen, das sie beantworten würde. Es gibt Laser, die "Superkontinuum"-Strahlen in intensiven Impulsen aussenden. Ein Impuls ist sehr kurz, in der Größenordnung von einer Femtosekunde oder weniger. Einer der Impulse, der durch ein Beugungsgitter geleitet wird, fächert sich in eine Reihe von Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge/Frequenz auf. Stromabwärts können die Strahlen kohärent wieder kombiniert werden, um einen neuen Puls zu bilden. Dies ist eine Art Interferometer – ein zeitliches Interferometer.

Jetzt brauchen wir ein Experiment, das genau dann ein bestimmtes Ergebnis liefert, wenn (A) immer nur ein Photon das System passiert und (b) das Photon mehrere Wellenlängen gehabt haben muss. Wir wissen von QM, dass unser Detektor, um die Bedingung (B) zu erfüllen, völlig unfähig sein muss, die Frequenz des Photons zu erkennen, aber in der Lage ist, seine Ankunftszeit zu erkennen. Unter der Annahme, dass ein solcher Detektor existiert, sollten wir in der Lage sein, die Intensität der Laserpulse so weit zu reduzieren, dass sichergestellt ist, dass sich jeweils nur ein Photon im Gerät befindet. Wenn wir die Ankunftszeiten einer großen Anzahl solcher Einzelphotonenereignisse integrieren und feststellen, dass die Photonen alle mit genau der gleichen Zeitverzögerung am Detektor ankommen, wenn die Pfade der Strahlen alle freigegeben sind, aber dass, wenn irgendein Teil der Wege, die von verschiedenen Wellenlängen genommen werden, wird blockiert,

Ich weiß nicht, ob dieses Experiment durchgeführt wurde, aber ich bin zuversichtlich, dass die Ergebnisse zeigen würden, dass jedes Photon eine Mischung von Wellenlängen enthält. Dies hängt mit anderen Diskussionen über SE bezüglich der Kohärenzlänge eines Photons, der Form eines Photonenwellen-"Pakets" usw. zusammen.

Interessant, zumal ein Experiment vorgeschlagen wird. Die Frage ist, ob es effektiv das einzelne Photon zweimal oder unterschiedliche Photonen bei jeder Messung misst (ähnlich der Verwendung von Zwei-Photonen-Emission für die Doppelspaltprüfung). Ich glaube, es gibt bereits ein ähnliches Experiment zur Erzeugung superintensiver Impulse durch den umgekehrten Prozess mit einem Chirp-Laser (FROG - en.wikipedia.org/wiki/Frequency-resolved_optical_gating ) .
Ich bin jedoch immer noch der Meinung, dass jedes Photon eine einzige präzise Frequenz hat, die durch seine Energie definiert ist. Und dass es nur eine von zwei Polarisationen haben kann, links- und rechtszirkular (andernfalls wäre dieser Aspekt kein Quantenaspekt). Es ist wahrscheinlich, dass die Rotationsfrequenz die Konstante ist, während die Bewegungsrichtung eher wellenförmig und letztendlich quaternionisch ist (gemäß Maxwell, Art 618/9 IIRC).
Gemäß der Heisenbergschen Unschärferelation ist das Produkt aus Energieunschärfe und Emissionszeit (was in Phase übersetzt wird) immer endlich. Jeder Laser hat eine endliche Linienbreite, und diese Linienbreite ist eine Eigenschaft der Photonen, aus denen die Laseremission besteht. Das heißt, die Frequenz jedes Photons ist innerhalb der Linienbreite des Lasers unbestimmt.
Für einen Laser erzeugen wir sehr viele Photonen. Darin sind verschiedene Ensemble-Statistiken enthalten. In diesem Fall betrachten wir jedoch nur ein einzelnes Photon, sodass der „statistische“ Aspekt hier nicht gültig wäre. Im Moment befinden wir uns in einem Catch-22-Szenario, in dem [normalerweise] behauptet wird, dass wir die Messung dieser beiden scheinbar unterschiedlichen Merkmale sowieso nicht messen oder ableiten können, da die Theorie nahelegt, dass sie an dieselbe fundamentale Konstante gebunden sind (was möglicherweise der Fall ist). ein systematischer Fehler, aber kein experimenteller Fehler ...)
Dieses Argument könnte verwendet werden, um zu sagen, dass überhaupt kein Photon in einem gemischten Zustand existiert. In der Praxis erzeugen wir viele Photonen unter identischen Bedingungen und messen den Zustand jedes Photons einzeln, wie beim Einzelphotonen-Doppelspalt-Experiment. Auch wenn die Einzelmessungen eindeutige Ergebnisse liefern, gelten die Messungen insgesamt als Beweis dafür, dass sich die Photonen alle im gleichen Mischzustand befinden.
Ich behaupte, dass es möglich ist, ein Experiment durchzuführen, dessen Ergebnisse am vernünftigsten dadurch erklärt werden können, dass ein Laser mit einer endlichen Linienbreite Photonen mit gemischtem Zustand erzeugt, die dieselbe Frequenzmischung wie der Laser haben. Ich denke, das Experiment, das ich vorgeschlagen habe, würde die Rechnung erfüllen.
Wenn die Messung der Polarisation eines Photons einen bestimmten Wert ergibt, beweist dies nicht, dass das Photon vor der Messung eine eindeutige Polarisation hat. Wenn die Frequenz (Energie) eines einzelnen Photons mit einem bestimmten Wert gemessen wird, zeigt dies in ähnlicher Weise nicht, dass das Photon vor der Messung eine bestimmte Frequenz hatte.

Ich denke, es spricht prinzipiell nichts dagegen, dass ein solches Photon existiert. In der Praxis ist mir nicht bewusst, dass ein solches Photon existiert.

Alle echten Photonen haben eine endliche homogene Bandbreite, die umgekehrt proportional zur Lebensdauer des Übergangs ist, der sie erzeugt. Wenn diese Bandbreite so groß ist, dass sie das optische Spektrum abdeckt, kann man ein solches Photon als weiß bezeichnen. Es wäre ein sehr kurzer Lichtimpuls in der Größenordnung einer Wellenlänge.

Beachten Sie, dass gewöhnliches weißes Licht eine inkohärente Überlagerung mehrerer Photonen ist. Ein Photon mit großer Bandbreite muss ein kohärentes Phänomen sein.

Ich glaube nicht, dass dies möglich ist. Licht, das durch ein Medium wandert, bewegt sich abhängig von seiner Wellenlänge mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Wenn ein einzelnes Photon überlagerte Frequenzen hätte, würde sich jede Frequenz mit einer anderen Geschwindigkeit ausbreiten, wodurch das Photon verwischt würde, dh eine Frequenz würde einer anderen Frequenz vorauseilen, obwohl dies aufgrund von Quantenverschränkung möglich sein könnte.

Dieser Satz im Photon -Artikel von Wikipedia :

ein Photon wird durch seinen Wellenvektor beschrieben , der seine Wellenlänge λ und seine Ausbreitungsrichtung bestimmt.

impliziert, dass ein einzelnes Photon nur eine einzige Wellenlänge/Frequenz haben kann, da ein Wellenvektor nur eine einzige Wellenlänge/Frequenz beschreibt.

Ich glaube, wenn Sie drei Lichtfrequenzen hätten, die sich in einem Vakuum auf genau demselben Weg bewegen und sie gleichzeitig in ein Prisma eintreten, würden Sie feststellen, dass es sich tatsächlich um drei separate überlagerte Photonen handelt. Das Pauli-Ausschlussprinzip gilt nicht für Photonen, sodass sie am selben Punkt in Raum/Zeit koexistieren können, wenn ein solches Konzept für eine Welle/Teilchen sinnvoll ist, die nur mit Lichtgeschwindigkeit existieren.

Etwas, das Sie berücksichtigen müssten, ist, wie würde ein Photon überhaupt mit einer Überlagerung von Frequenzen erzeugt werden? Welche Reaktion könnte es verursachen? Welches wiederholbare Experiment könnten Sie aufstellen, das beweist, dass bestimmte Photonen mehrere Frequenzen haben, wenn Sie nur eine pro Photon messen können? Wie würden Sie zwischen zufällig bei unterschiedlichen Frequenzen erzeugten Photonen und überlagerten bei unterschiedlichen Frequenzen detektierten Photonen unterscheiden?

Existiert ein einzelnes weißes Photon?
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