Фотоны и принцип неопределенности

Предположим, у нас есть идеальный источник одиночных фотонов: устройство, испускающее ровно один фотон за раз с определенной энергией и направлением. Давайте выстрелим в фотон: мы точно знаем положение фотона (начальная точка и время, скорость) и его импульс (энергия и скорость). Будет ли такое устройство нарушать принцип неопределенности? Где ловушка?

Просто чтобы прояснить ситуацию, мой вопрос по существу таков: частица (например, фотон), подготовленная в собственном состоянии импульса, может быть найдена везде (по крайней мере, вдоль направления импульса)?

Устройство, которое стреляет фотоном, имеет конечный размер, и это является источником неопределенности положения фотона.

Ответы (2)

В своем посте, когда вы говорите, что «знаете» положение и импульс отдельного фотона, вы на самом деле ничего не знаете, вы просто делаете предсказание, а не измеряете. В своей голове вы в основном принимаете классическую физику и используете начальные параметры системы для расчета окончательных параметров. Чтобы на самом деле узнать какие-либо свойства системы, вам придется провести измерение, а чтобы действительно сказать что-то убедительное, вам придется делать это много раз. Возьмите одиночный источник фотонов и несколько раз измерьте импульс и положение исходящих фотонов — произведение стандартного отклонения по импульсу и положению будет больше, чем ℏ 2 .

Но можно сказать, что импульс измеряется, когда вы стреляете фотоном, поскольку идеально совершенная пушка позволяет вам навязывать энергию и направление, поэтому, если вы не измените эти настройки, мера всегда одна и та же с 0 стандартным отклонением.
Однако ваш идеально совершенный пистолет существует только в вашей голове. Подумайте о том, как вы собираетесь создать фотон на фундаментальном уровне. Например, у вас может быть атом, который падает с более высокого на более низкий энергетический уровень и испускает фотон. Модель, которая управляет этим процессом, является квантово-механической, поэтому она не будет создавать классические частицы, она будет создавать квантовые состояния, которые имеют некоторый разброс по p и x.
Кроме того, импульс и направление не являются взаимодополняющими наблюдаемыми. Когда вы создаете что-то с четко определенным импульсом по оси x и четко определенным положением по осям y и z, вы можете сказать, что это «имеет направление» в направлении x, но оно будет иметь очень плохо определенное положение по оси x и плохо определенный импульс вдоль осей y и z.
Я прекрасно знаю, что импульс по x действительно коммутирует с положением по y и z, ведь в расширении моего вопроса я уже явно упомянул положение в направлении импульса. Идеальная однофотонная пушка существует только в моей голове, как и многие устройства во многих мысленных экспериментах , которые могут (и должны) иметь объяснение.
У меня нет ощущения, что мы все еще согласны. Я хочу сказать, что все, что вы сказали до сих пор, это то, что у вас есть некий «идеальный источник фотонов», но вы не сказали, как он работает. Если вы скажете мне, как это будет работать, мы сможем это обсудить, но в противном случае вы просто утверждаете, что что-то подобное существует, а не то, как это создаст фотон без какой-либо неопределенности. Я привел пример того, как на самом деле можно создать одно фотонное состояние.
Все, что вам нужно сделать, это работать в обратном направлении. Вы знаете, когда фотон ударил по экрану, и вы знаете, где он ударил по экрану. Вы знаете, что фотон прошел через отверстие или был поглощен одним из краев отверстия, а затем повторно испущен на экран. Следуйте по любой траектории со скоростью света, и вы узнаете, когда она была на открытии.

Интересный вопрос, который приводит к:

частица (например, фотон), подготовленная в собственном состоянии импульса, может быть найдена везде (по крайней мере, вдоль направления импульса)?

Нет. Согласно MC Physics, фотон физически присутствует в одном месте. Ваше понимание может быть запутанным, потому что первая неопределенность измерения фотона связана с точным положением источника излучения и полем ЭДС во время излучения (задавая его скорость и частоту). Вторая неопределенность связана с точным расстоянием от источника до атомов в детекторе. Предполагая путешествие в вакууме. Третья неопределенность - это точное положение вращения (от частоты при начальном излучении) монозарядов в этом фотоне во время взаимодействия с этими атомами в детекторе.

Фотоны и принцип неопределенности
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v