Световые волны и волны вероятности Шредингера

Хорошо, принимая во внимание, что у меня есть только краткое представление о квантовой механике (никакого формального образования, только чтение о концепциях в книгах), так что я мог бы быть далеко здесь, у меня есть вопрос относительно волновых функций вероятности и световых волн.

Насколько я понимаю, у каждой частицы материи есть волна вероятности, которая заполняет всю вселенную, то есть единственная причина, по которой частица в моем ногте находится в моем ногте, заключается в том, что там самая высокая вероятность ее существования (с вероятностью того, что она где-либо еще во Вселенной бесконечно мало), поэтому мой вопрос: что такое световая волна? Кроме того, насколько я понимаю, световая волна — это просто волна вероятности для местоположения фотона, и только при наблюдении эта волна схлопывается, и фотон «принимает» определенное положение в пространстве, поэтому, если я сравниваю частицу материи к частице энергии (в данном случае к фотону), почему у частицы материи есть волна вероятности, которая заполняет всю вселенную, а у фотона есть только небольшая определенная волна, которая практически образует прямую линию в пространстве? Является ли световая волна просто областью (прямой линией?) пространства, где вероятность на порядок выше, чем где-либо еще, и волна вероятности фотона все еще пронизывает остальную Вселенную, или это местонахождение фотонаопределенно где-то в области пространства, определяемой световой волной?

Например, может ли фотон, являющийся частью лазерного луча, когда-либо взаимодействовать с фотоном из лазерного луча, движущегося параллельно первому лучу? (Не обращая внимания на любые другие физические теории, которые могли бы привести к схождению двух лучей другими способами, я хочу остаться на теме волн вероятности Шредингера)

Вполне возможно, что я совершенно неправильно понимаю / смешиваю концепции, так что это может быть причиной моего замешательства, если это так, пожалуйста, просветите меня!

Ответы (1)

Давайте сделаем это шаг за шагом:

Насколько я понимаю, у каждой частицы материи есть волна вероятности, которая заполняет всю вселенную, то есть единственная причина, по которой частица в моем ногте находится в моем ногте, заключается в том, что там самая высокая вероятность ее существования (с вероятностью того, что она где-либо еще во Вселенной, будучи бесконечно малым),

истинный

так что мой вопрос, что такое световая волна? Кроме того, насколько я понимаю, световая волна — это просто волна вероятности для местоположения фотона, и только при наблюдении эта волна схлопывается, и фотон «принимает» определенное положение в пространстве.

Световая волна также является частицей, называемой фотоном. В зависимости от наблюдения он может отображать свою корпускулярную или волновую природу.

поэтому, если я сравниваю частицу материи с частицей энергии (в данном случае с фотоном),

фотон тоже частица, ничем не отличающаяся от других частиц

почему у частицы материи есть волна вероятности, которая заполняет всю вселенную, а у фотона есть только небольшая определенная волна, которая фактически составляет прямую линию в пространстве?

Фотон ведет себя так же, как и любая другая частица, в зависимости от эксперимента: он либо проявляет свою волновую природу, либо свою корпускулярную природу в зависимости от наблюдения: через две щели проявляет интерференцию, следовательно, волновые свойства, поглощенные атомом, частицей. И частицы, и фотоны ведут себя одинаково.

Является ли световая волна просто областью (прямой линией?) пространства, где вероятность на порядок выше, чем где-либо еще, и волна вероятности фотона все еще пронизывает остальную часть Вселенной?

объем, причем очень маленький, как и все частицы

или местонахождение фотона ОПРЕДЕЛЕННО где-то в области пространства, определяемой световой волной?

В квантовой механике нет определенности. Только после эксперимента значения известны. Только вероятности могут быть рассчитаны для отдельных частиц, фотонов или нет.

Например, может ли фотон, являющийся частью лазерного луча, когда-либо взаимодействовать с фотоном из лазерного луча, движущегося параллельно первому лучу?

Здесь мы глубже входим в квантовую теорию, в то, что называется «вторичным квантованием». Да, два фотона, параллельные друг другу в своих вероятностных путях, могут взаимодействовать с крошечной вероятностью, обмениваясь между собой квантами энергии, которые переносятся виртуальными частицами, покрывающими весь спектр, разрешенный законами сохранения квантовых чисел.

Отвлекаясь на лазеры: Лазеры — это отдельная история, и они являются результатом того, что атомная физика позволяет иметь когерентные волны фотонов. Когерентный означает «в ногу» во времени и пространстве. Атомная физика, потому что переходы между энергетическими состояниями в атомах происходят с обменом и взаимодействием фотонов, и можно легко создать когерентный пучок фотонов, все в фазе друг с другом, как лазерный луч.

Способ для неспециалиста понять возможности эффектов когерентности - это знаменитые «солдаты, переходящие мост». В старину мосты были в основном устойчивыми, потому что арки поддерживали их статически. Соединительный раствор не обладал большой конструкционной прочностью. Солдаты при пересечении моста должны были нарушать шаг, иначе удары сапог в фазе могли разрушить мост, нарастив связно большие силы, которые арка не могла удержать.

Спасибо! Однако есть одна вещь, в которой я до сих пор не уверен: я: «Является ли световая волна просто областью (прямой линией?) пространства, где вероятность на порядок выше, чем где-либо еще, и волна вероятности фотона все еще пронизывает остальную часть пространства». Вселенная, "Вы - объем, причем очень маленький, как и все частицы". Я не уверен, подтверждаете ли вы то, что я предполагал (кроме исправления моего использования "площади" на "объем", очевидно, объем здесь правильный термин)? Является ли объем, определяемый световой волной, лишь частью всей волны вероятности, где вероятность выше?
Неправда , что у каждой частицы есть волна, наполняющая Вселенную. Что верно, так это то, что все частицы вместе образуют запутанную коллективную волну, которая заполняет большой кусок Вселенной.
@Ron Maimon Учитывая, что электромагнитные и гравитационные силы распространяются через Вселенную, даже если они чрезвычайно ослаблены 1 / r ^ 2, то же самое верно и для решений соответствующих уравнений, imo. Только в идеализированных математических задачах можно иметь локализованное решение. В случае частиц будут экспоненциальные спады волнового пакета, например бесконечно малая вероятность его нахождения на бесконечности, но не нулевая. Должно быть то же самое для воплощения частицы фотона, опять же имхо.