¿Es siempre un fotón en un estado de superposición mientras viaja a través del espacio?

Question

En el experimento de doble rendija experimento, se emite un fotón que se encuentra en un estado de superposición (forma de onda) que viaja a través de las dos rendijas a interferir con la misma. Cuando medimos qué rendija ha pasado a través de, se "derrumba" para una partícula en ese punto de la eliminación de la interferencia de la otra onda.

A partir de ese punto para que el detector de la pared, ¿el fotón ahora vuelve en una forma de onda para viajar desde el derrumbó punto para el detector de pared? Es un fotón siempre en un estado de superposición, mientras viaja a través del espacio?

Answer 1

Es tentador pensar en la luz como una pequeña bola (el fotón), y desde hace poco las pelotas tienen una posición definida a la bolita tiene que estar en una superposición de un estado en el que se pasa a través de una rendija y un estado donde pasa a través del otro. Sin embargo, esto no es una buena descripción de lo que en realidad sucede.

La luz no es un fotón, y no es una onda es una excitación en un campo cuántico. Como regla general, es una buena aproximación para modelar la luz como una onda a la hora de estudiar es la propagación y de una partícula a la hora de estudiar sus interacciones, pero estos son sólo aproximaciones de trabajo y no debe ser tomado como verdad literal.

La luz se propaga en nuestro experimento de doble rendija no tiene una posición en el sentido de que los objetos macroscópicos tener una posición. Preguntar a la posición del fotón es una pregunta sin sentido, porque no hay ninguna posición. La luz viaja a pesar de que las dos rendijas debido a que la excitación en el campo cuántico se extiende por las dos rendijas. Cuando la luz interactúa con algo, por ejemplo, llega a la placa fotográfica o CCD, la interacción ocurre en un punto (a pesar de la posición de la interacción está sujeta a Heisenberg del principio de incertidumbre). La interacción se ve como un localizada intercambio de energía, por lo que parece un fotón.

Answer 2

Como un físico experimental, vuelvo a lo básico:

Aquí es un experimento de doble rendija de un solo fotón en un momento:

El panel superior muestra los puntos de fotones individuales de las ranuras. Los demás la lenta acumulación por medio del cual un patrón de interferencia que aparece.

Que es lo que el experimento demuestra, puntos como uno esperaría de partículas individuales, localizada en un (x,y). A partir de un único fotón no de la onda de la naturaleza puede ser imaginado. Es la acumulación de estadística que muestra la clásica de la interferencia de las ondas, de forma similar a las ondas en el agua y las ondas acústicas.

Lo que hemos experimentalmente es una distribución de probabilidad de dónde encontrar un fotón lanzado en estos dos rendijas.

Se habla de la "naturaleza de onda" de los fotones y las partículas en el individuo a nivel de partículas en referencia a esta distribución de probabilidad. La partícula no está repartidos por toda la pantalla , tiene una trayectoria específica después de que el hecho de pasar por una o la otra rendija. Qué rendija pasa a través depende de las condiciones de contorno de la solución de la mecánica cuántica problema "de fotones y rendijas", que proporciona la distribución de probabilidad.

No importa qué tan cerca de las ranuras en la dirección z uno de los registros de los fotones de las trayectorias va a tener este comportamiento, de una partícula, dejando a los dos rendijas. Excepto en el comportamiento de los agregados no es el comportamiento clásico de pequeñas bolas lanzadas en las ranuras.

Por lo que la mecánica cuántica forma de verlo es que una partícula se describe por una función de onda con una distribución de probabilidad para cualquier interacción que tendrá . Las partículas que interactúan con las dos ranuras que tiene una distribución de probabilidad que muestra su naturaleza de onda. La trayectoria particular muestra su partícula de la naturaleza.

Existen en la que el camino experimentos que muestran cómo las condiciones de frontera afectar a los patrones de interferencia después de los cortes, en este caso con los electrones:

En general, los resultados sugieren que el tipo de dispersión de un electrón sufre determina la huella que se deja en la parte de atrás de la pared, y que un detector en una de las ranuras puede cambiar el tipo de dispersión. Los físicos la conclusión de que, mientras que los electrones dispersados elásticamente puede causar un patrón de interferencia, la inelastically electrones dispersados no contribuyen a la interferencia del proceso.

Así que volviendo a tu pregunta:

En el experimento de doble rendija experimento, se emite un fotón que se encuentra en un estado de superposición (forma de onda) que viaja a través de las dos rendijas a interferir con la misma.

El fotón ( u otras partículas) es descrito por un mecánico-cuántica de la función de onda que da la probabilidad de encontrar en una trayectoria específica en el espacio. Psi(x,y,z,t).

Cuando medimos qué rendija ha pasado a través de, se "derrumba" para una partícula en ese punto de la eliminación de la interferencia de la otra onda.

El colapso es una palabra. La función de onda no es un globo. Un valor es recogido de la distribución de probabilidad que se dé una partícula de trayectoria.

A partir de ese punto para que el detector de la pared, ¿el fotón ahora vuelve en una forma de onda para viajar desde el derrumbó punto para el detector de pared?

Debido a la condición de frontera de dos "rendijas" la función de onda, y por lo tanto la distribución de probabilidad de los cambios y lleva la información de fase que los dos ranuras de impuestos.

Es un fotón siempre en un estado de superposición, mientras viaja a través del espacio?

La afirmación correcta es que el fotón/partícula descrita por una distribución de probabilidad en el espacio y el tiempo.

Answer 3

Básicamente se reduce a esto. Mirando un vuelo de electrones a través de una cámara, no hay ninguna interferencia. Nada de especial. Pero no tratando de encontrar qué rendija pasó y poco a poco a través de la observación de los electrones para golpear el detector no es el patrón de interferencia. En otras palabras, cuando se trata de encontrar el que se raja el electrón fue a través, de la función de onda se colapsa (como ellos dicen) y un electrón actúa como una partícula. No tratando de encontrar qué rendija ha pasado a través de, el electrón actúa como una onda -> patrón de interferencia. En otras palabras, el electrón actúa raro cuando no hay ninguna observación. Observación -> todo está bien -> ver un electrón de vuelo. Cuando no observar el electrón, el electrón está en todas partes.

From that point to the detector wall, does the photon now go back into a wave form to travel from the collapsed point to the detector wall?

Como yo lo entiendo, el detector se derrumba el electrón en la hoja. Pero si no había un detector y no se observó el electrón se encuentra en superposición de estados.

Is a photon always in a state of superposition while traveling through space?

Sólo cuando no es observado mientras viaja a través del espacio

Answer 4

Como en John Rennie la respuesta no podemos describir el fotón como estar en una superposición de "ir a través de diferentes ranuras" de los estados.

Pero hay un sentido en el cual la respuesta a tu pregunta "Es un fotón siempre en un estado de superposición, mientras viaja a través del espacio?" casi siempre "sí". Y la respuesta depende de la elección de las coordenadas.

Para responder a la pregunta, precisamente, es necesario definir lo que el fotón es una superposición de. En la mecánica cuántica, podemos construir general de los estados de estados propios, que son los vectores propios de los operadores llamado observables que el modelo de las mediciones. Podemos utilizar cualquier observable que nos gusta y difundir coordinar las transformaciones a la superposición de pesos para cambiar nuestra descripción a uno donde la base de la cuantía de espacio de estado es el conjunto de estados propios de los observables.

Para los fotones, la mayoría de las veces que uso el impulso autoestados, que son ondas planas. Uno de fotones estado de la cuantizado electomagnetic campo puede ser una superposición de estas plano de onda de los estados. Observe que ondas planas pueden tener diferentes frecuencias. Así que un puro, un fotón estado cuántico es a menudo en una superposición de energías: si tratamos de medir la energía de un estado nos gustaría que en lugar de obtener una distribución de probabilidad definida por el ancho de línea de la de un fotón de estado.

Daremos más detalles en mi respuesta aquí a la Física que SE pregunta "Relación entre la ecuación de Onda de la luz y los fotones de la función de onda?".