Cuando la luz se refleja en un espejo, ¿colapsa la función de onda?

Según tengo entendido, la pregunta se reduce a: "¿Por qué un espejo no colapsa la función de onda de un fotón que se refleja en el espejo?". La respuesta es que el fotón no cambia el estado del espejo. Una vez reflejado el fotón, el espejo no cambia. No hay forma de probar que el fotón golpeó el espejo sin detectar también la trayectoria del fotón corriente abajo. El único evento de cambio de estado que le ocurre al fotón es su detección donde golpea una pantalla (o el sensor de la cámara, o el ojo de un observador, etc.).

No es correcto que la función de onda colapsa con la interacción. Es "menos incorrecto" decir que la función de onda colapsa al ser detectada . "Menos incorrecto" requiere un poco de explicación.

La detección es una interacción que da como resultado que un observador "sabe" que la función de onda ha colapsado. Sí, es una definición vagamente circular. En la visión de muchos mundos de la mecánica cuántica, un observador "detecta" el estado de una partícula y, al hacerlo, divide su mundo en tantos mundos alternativos independientes diferentes como valores posibles para el estado de la partícula.

En el caso del interferómetro de dos rendijas, el observador detecta la posición ("estado") de cada fotón que golpea una pantalla. Esa "detección" (según la vista de MW) no es realmente una observación de cuál es el estado del fotón (es decir, la ubicación), sino más bien una proyección del mundo del observador sobre uno de los posibles valores del estado del fotón. En cierto sentido, el mundo del observador se divide en todos los mundos posibles que resultarían inmediatamente después del evento de detección, dependiendo de los posibles valores de estado diferentes que pueda tener el fotón.

El experimento gedanken del gato de Schroedinger puede generalizarse para ayudar a explicar esto. Supongamos que ponemos al observador dentro de una caja que está totalmente aislada del resto del universo, y el observador en la caja detecta un fotón en una pantalla. No podemos saber en qué parte de esa pantalla el observador detectó el fotón, hasta que abrimos la caja y miramos los registros del observador. Además, según el teorema de Bell, desde nuestra perspectiva, el observador mismo es un objeto cuántico, por lo que la ubicación del impacto del fotón en la pantalla ni siquiera tiene un valor real desde nuestra perspectiva .hasta que abrimos la caja. El valor no está oculto; es indeterminado. El observador dentro de la caja seguro que cree saber dónde incide el fotón en su pantalla, pero desde nuestra perspectiva el observador está en una superposición de estados hasta que "detectamos" cuál es su estado: hasta que "abrimos la caja". En lo que a nosotros respecta, el observador coexiste en todos los estados posibles correspondientes a los diferentes lugares donde el fotón incide en su pantalla; y en cada estado está seguro de saber dónde el fotón golpeó su pantalla, pero para cada uno de sus diferentes estados, el fotón aterrizó en un lugar diferente.

Todo eso es un trasfondo para decir que mientras no haya forma posible de saber que el fotón se reflejó en un espejo dado en un interferómetro, la función de onda del fotón toma todos los caminos disponibles, incluidos aquellos en los que no se refleja en el espejo, y formará así el patrón de interferencia que observamos.

Si tuviéramos que hacer el espejo tan pequeño y delgado que, en principio, pudiera detectarse su retroceso, no habría un patrón de interferencia. Sé que algunas personas reflexionarán sobre lo que podría suceder en el área gris entre usar un espejo extremadamente pequeño y delgado y usar un espejo normal de varios a muchos gramos. No sé si alguien ha hecho el experimento, pero apuesto a que lo que sucede es que el contraste del patrón de interferencia se reduce a medida que el retroceso del espejo se acerca a la detectabilidad. Sería un experimento que valdría la pena hacer.

Seguiré tu argumentación paso a paso. Así que algunos pasajes míos son más comentarios o afirmaciones de tus pensamientos.

Esta pregunta es específica de la interpretación de Copenhague, que establece que la función de onda colapsa en la interacción.

No más fotones después de la absorción, no más función de onda. Obvio, incluso sin la interpretación de Copenhague.

Si tenemos un haz de luz reflejado en un espejo, ... los fotones originales han sido absorbidos en el espejo y los nuevos fotones han sido reemitidos en una dirección diferente. La función de onda también es diferente en consecuencia. Entonces, por un lado, parecería que la función de onda original colapsa en el espejo.

Correcto, la nueva función de onda es diferente con la frecuencia del fotón ( ligeramente desplazado hacia el rojo ) y con la dirección de propagación.

Sin embargo, un reflejo de espejo no afecta los resultados de los experimentos de interferencia, como el experimento de doble rendija.

No pude estar de acuerdo. Al desplazar uno de los espejos, cambia la distribución de intensidad en la pantalla del observador. Y para un haz gaussiano y espejos bien ajustados, el punto del haz podría estar dislocado hacia la parte reflectante del espejo semitransparente (marcado en la imagen de abajo con una flecha doble) o hacia la parte transparente del espejo. La distribución de intensidad del haz entrante permanece sin cambios en este caso.

Vea este video , el punto importante comienza a las 5:00).

Eso es muy diferente de la distribución de intensidad detrás de una doble rendija donde la intensidad se duplica en las crestas y es cero en el medio. Aquí, para algunas posiciones del espejo, la intensidad en la cresta solo tiene la intensidad posible y la otra mitad de la energía se distribuye a través del espejo medio transparente. Y para una configuración especial, la luz regresa al 100 % a través del espejo semitransparente y para otra configuración, este espejo la desvía al 100 %.

Los espejos se utilizan en láseres que producen una luz altamente coherente. Y finalmente, los espejos se utilizan en varias configuraciones de entrelazamiento cuántico sin afectar el estado de entrelazamiento. Si esta comprensión es correcta, entonces parecería que un espejo no colapsa la función de onda. ¿Cuál es la comprensión correcta y la intuición física detrás de ella?

El contraargumento podría ser que los espejos reorganizan el estado de los fotones de la misma manera.

Si el fotón reflejado no es el fotón entrelazado original, sino que es reemitido por el espejo, ¿cómo es posible que todavía esté entrelazado con la contraparte del fotón original absorbido por el espejo?

Después de darse cuenta de que la función de onda de los fotones de una configuración de interferómetro no es aditiva sino que solo se redistribuye de diferentes maneras dependiendo de las posiciones del espejo, debería haber otra interpretación. Por ejemplo hay que investigar como los fotones producen fonones en los espejos y como esto retarda la parte transmisiva y reflexiva de los espejos.

La reflexión no colapsa la función de onda porque ocurre como una consecuencia lógica de la forma de onda del fotón que sufre refracción en un límite bajo las ecuaciones de Fresnel (que determinan la proporción de la onda refractada y reflejada en cualquier ángulo dado). Por lo tanto, es una propiedad de la forma de onda del fotón y no tiene nada que ver con el colapso de la función de onda. En otras palabras, la reflexión no implica la absorción y emisión de fotones, sino que cada fotón como forma de onda está sujeto a refracción y reflexión bajo restricciones internas a su naturaleza como forma de onda, tal como se expresa en las ecuaciones de Fresnel.