Вот мой вопрос.
Я борюсь с определением однофотонной интерференции. Предположим, что у нас есть интерферометр Майкельсона и наблюдаемая нами интерференционная картина является результатом одиночного фотона, тогда, если у нас есть и мы почти всегда имеем разные длины двух возможных путей фотонов после светоделителя, то как можно получить одинаковую время прихода двух фотонных путей, когда они путешествуют на разные расстояния? Возможно, мое предположение о том, что светоделитель создает два пути в тот момент, когда фотон взаимодействует с светоделителем, неверно, но я не могу объяснить полученную интерференцию, если не признаю, что существует временная задержка в двух возможных путях. Это парадокс не только для этого типа эксперимента, но и для всех экспериментов, в которых присутствует какая-либо интерференция.
Взгляните на мой ответ на Щелевой экран и корпускулярно-волновой дуализм, потому что он охватывает множество тем, имеющих отношение к вашему вопросу.
Вы правы в том, что если представить фотон в виде маленького шарика, то при разной длине плеч интерферометра две «половинки» маленького шарика не могут достичь детектора одновременно. Но интерференция работает не так. Он не работает из-за того, что фотон расщепляется, а две его половины затем мешают друг другу.
Представление света в виде маленького шарика (фотона), рикошетящего вокруг вашего интерферометра, вводит в заблуждение. Поведение света лучше всего объясняется квантовой теорией поля, но, придерживаясь обычной квантовой механики, мы должны сказать, что до тех пор, пока мы не взаимодействуем со светом (например, когда он попадает на ПЗС-матрицу или фотопластинку), свет делокализован по всему вашему телу. интерферометр.
Это не означает, что у фотона есть положение, но мы этого не знаем, это означает, что свет просто не имеет положения в классическом смысле. Волновая функция, описывающая его, охватывает все ваше экспериментальное оборудование. Вероятность обнаружения фотона в какой-то точке вашего набора определяется квадратом амплитуды его волновой функции в этой точке. Если вы измените геометрию вашего интерферометра, вы измените волновую функцию и, следовательно, измените вероятность обнаружения фотона в любой конкретной точке.
Когда кто-то говорит «фотон», он находится в квантово-механической системе координат. Квантовая механика не следует правилам классической механики, если кто-то пытается рассматривать фотон как одну классическую сущность, подобную мешку с текущей энергией. Фотон — это точка, как и элементарная частица в стандартной модели , она не имеет протяженности и при попадании на детектор регистрируется в точке пространства (x, y, z) в момент времени t. Один пункт. Нет интерференционной картины от одного фотона в отдаваемой энергии. Это все в одну точку.
Интерференция одиночных фотонов возникает кумулятивно из-за случайного накопления отдельных фотонов: см. стр. 7 здесь. .
Может быть, мое предположение, что светоделитель генерирует два пути в тот момент, когда фотон взаимодействует с светоделителем, неверно,
Да, это неправильно. В кадре отдельного фотона светоделитель влияет на вероятность того, по какому пути пойдет отдельный фотон, он не разделяет фотон. В квантовой механике именно вероятности контролируют поведение элементарных частиц, и накопление отдельных попаданий разных фотонов дает интерференционные картины, которые представляют собой гистограммы вероятностей, насколько можно измерить поведение отдельного фотона.
Вероятности в квантовой механике задаются квадратом решения волновой функции для конкретной задачи с ее граничными условиями.
Что касается электромагнитных волн, то математически проще рассматривать их поведение классически. Квантово-механическая волновая функция для фотона выводится из специальной формы уравнения Максвелла, а классическое поле естественным образом возникает из накопления миллионов фотонов, но это уже другая история.
Джек Полден
Селена Рутли