Когда свет отражается от зеркала, коллапсирует ли волновая функция?

Насколько я понимаю, вопрос сводится к тому, «Почему зеркало не коллапсирует волновую функцию фотона, отражающегося от зеркала?». Ответ заключается в том, что фотон не меняет состояния зеркала. После того, как фотон отразился, зеркало не изменилось. Невозможно доказать, что фотон ударился о зеркало, не обнаружив пути фотона вниз по течению. Единственное событие изменения состояния, которое происходит с фотоном, — это его обнаружение там, где он попадает на экран (или датчик камеры, или глаз наблюдателя и т. д.).

Неверно, что волновая функция коллапсирует при взаимодействии. «Менее неправильно» говорить, что волновая функция коллапсирует при обнаружении . «Менее неправильное» требует небольшого пояснения.

Обнаружение — это взаимодействие, в результате которого наблюдатель «знает», что волновая функция схлопнулась. Да, это смутно круговое определение. Согласно многомировой концепции квантовой механики, наблюдатель «обнаруживает» состояние частицы и при этом разделяет свой мир на столько различных независимых альтернативных миров, сколько существует возможных значений состояния частицы.

В случае двухщелевого интерферометра наблюдатель определяет положение («состояние») каждого фотона, попадающего на экран. Это «обнаружение» (согласно точке зрения МВ) на самом деле не является наблюдением за состоянием фотона (т. е. его местоположением), а скорее является проекцией мира наблюдателя на одно из возможных значений состояния фотона. В некотором смысле мир наблюдателя расщепляется на все возможные миры, которые могут возникнуть сразу после события обнаружения, в зависимости от возможных различных значений состояния, которые может иметь фотон.

Чтобы объяснить это, можно обобщить мысленный эксперимент с котом Шредингера. Предположим, мы поместили наблюдателя в ящик, полностью изолированный от остальной Вселенной, и наблюдатель в ящике улавливает фотон на экране. Мы не можем знать, где на этом экране наблюдатель обнаружил фотон, пока не откроем коробку и не посмотрим на записи наблюдателя. Более того, согласно теореме Белла, с нашей точки зрения, сам наблюдатель является квантовым объектом, поэтому место падения фотона на экран с нашей точки зрения даже не имеет реальной ценности.пока не откроем коробку. Значение не скрыто; это неопределенно. Наблюдатель внутри ящика наверняка думает, что знает, где фотон попал на его экран, но с нашей точки зрения наблюдатель находится в суперпозиции состояний, пока мы не «обнаружим», каково его состояние: пока мы не «откроем ящик». Насколько нам известно, наблюдатель сосуществует во всех возможных состояниях, соответствующих различным местам, где фотон попадает на его экран; и в каждом состоянии он уверен, что знает, где фотон попал на его экран, но для каждого из его различных состояний фотон приземлился в другом месте.

Все это является основанием для того, чтобы сказать, что пока нет возможности узнать, отражается ли фотон от данного зеркала в интерферометре, волновая функция фотона проходит все доступные пути, включая те, в которых он не отражается от зеркала , и таким образом, он сформирует интерференционную картину, которую мы наблюдаем.

Если бы мы сделали зеркало настолько крошечным и тонким, что его отдачу в принципе можно было бы обнаружить, интерференционной картины не было бы. Я знаю, что некоторые люди будут размышлять о том, что может произойти в серой зоне между использованием очень крошечного и тонкого зеркала и использованием обычного зеркала весом от нескольких до многих граммов. Я не знаю, проводил ли кто-нибудь эксперимент, но могу поспорить, что происходит следующее: контраст интерференционной картины уменьшается по мере того, как отдача зеркала приближается к обнаруживаемой. Это был бы стоящий эксперимент.

Я буду следить за вашей аргументацией шаг за шагом. Так что некоторые мои отрывки являются больше комментариями или подтверждениями ваших мыслей.

Этот вопрос специфичен для копенгагенской интерпретации, которая утверждает, что волновая функция коллапсирует при взаимодействии.

Нет больше фотона после поглощения, больше нет волновой функции. Очевидно, даже без копенгагенской интерпретации.

Если у нас есть луч света, отраженный от зеркала, ... первоначальные фотоны были поглощены зеркалом, а новые фотоны переизлучены в другом направлении. Волновая функция соответственно другая. Итак, с одной стороны, может показаться, что исходная волновая функция коллапсирует в зеркале.

Верно, новая волновая функция отличается частотой фотона (с небольшим красным смещением ) и направлением распространения.

Однако зеркальное отражение не влияет на результаты интерференционных экспериментов, таких как эксперимент с двумя щелями.

Не мог согласиться. При смещении одного из зеркал меняется распределение интенсивности на экране наблюдателя. А для гауссова луча и хорошо отрегулированных зеркал пятно луча может быть смещено в отражающую часть полупрозрачного зеркала (отмечено на изображении ниже двойной стрелкой) или в прозрачную часть зеркала. Распределение интенсивности от падающего пучка при этом остается неизменным.

Смотрите это видео , важный момент начинается с 5:00).

Это сильно отличается от распределения интенсивности за двойной щелью, где интенсивность удваивается на гребнях и равна нулю между ними. Здесь для некоторых положений зеркала интенсивность на гребне имеет только возможную интенсивность, а другая половина энергии распределяется через полупрозрачное зеркало. И для специальной установки свет на 100% проходит через полупрозрачное зеркало, а для другой установки он на 100% отражается этим зеркалом.

Зеркала используются в лазерах, производящих высококогерентный свет. И, наконец, зеркала используются в различных установках квантовой запутанности, не влияя на состояние запутанности. Если это понимание верно, то, казалось бы, зеркало не коллапсирует волновую функцию. Каково правильное понимание и физическая интуиция, стоящая за этим?

Контраргументом может быть то, что зеркала изменяют состояние фотонов одинаковым образом.

Если отраженный фотон не является первоначальным запутанным фотоном, а переизлучается зеркалом, как он может все еще быть запутанным с копией исходного фотона, поглощенной зеркалом?

После осознания того, что волновая функция фотонов интерферометрической установки не является аддитивной, а только перераспределяется по-разному в зависимости от положения зеркал, должна быть другая интерпретация. Например, необходимо исследовать, как фотоны производят фононы в зеркалах и как это замедляет пропускающую и отражающую часть зеркал.

Отражение не коллапсирует волновую функцию, потому что оно возникает как логическое следствие преломления формы фотонной волны на границе в соответствии с уравнениями Френеля (которые определяют долю волны, преломленной и отраженной под любым заданным углом). Следовательно, это свойство фотонной волны и не имеет ничего общего с коллапсом волновой функции. Другими словами, отражение не включает поглощение и испускание фотонов, но каждый фотон как форма волны подвергается преломлению и отражению в соответствии с ограничениями, внутренними для его природы как формы волны, выраженной в уравнениях Френеля.