Fotones y principio de incertidumbre

Supongamos que tenemos una fuente perfecta de un solo fotón: un dispositivo que emite exactamente un fotón a la vez, con energía y dirección definidas. Disparemos un fotón: sabemos exactamente la posición del fotón (punto de partida y tiempo, velocidad) y su impulso (energía y velocidad). ¿Violaría tal dispositivo el principio de incertidumbre? ¿Dónde está la trampa?

Solo para aclarar las cosas, mi pregunta esencialmente es: ¿ una partícula (por ejemplo, un fotón) preparada en un estado propio de momento se puede encontrar en todas partes (al menos a lo largo de la dirección del momento)?

El dispositivo que dispara el fotón tiene un tamaño finito, y esa es la fuente de incertidumbre de la posición del fotón.

Respuestas (2)

En su publicación, cuando dice que 'conoce' la posición y el impulso de un solo fotón, realmente no sabe nada, solo está haciendo una predicción, no está haciendo una medición. En su cabeza, básicamente está asumiendo la física clásica y utilizando los parámetros iniciales del sistema para calcular los parámetros finales. Para conocer realmente las propiedades de un sistema, tendrá que realizar una medición, y para decir algo realmente concluyente, tendrá que hacer esto muchas veces. Tome su fuente de fotones individuales y mida el impulso y la posición de los fotones salientes varias veces: el producto de la desviación estándar en el impulso y la posición será mayor que ℏ 2 .

Pero se puede decir que el impulso se mide cuando disparas el fotón, ya que el arma idealmente perfecta te permite imponer energía y dirección, por lo que si no cambias esta configuración, la medida es siempre la misma con 0 desviación estándar.
Sin embargo, tu arma idealmente perfecta solo existe en tu cabeza. Piensa en cómo vas a crear el fotón en el nivel fundamental. Por ejemplo, podría tener un átomo que cae de un nivel de energía más alto a uno más bajo y emite un fotón. El modelo que gobierna este proceso es mecánico cuántico, por lo que no creará partículas clásicas, sino que creará estados cuánticos que tienen cierta dispersión en p y x.
Además, el impulso y la dirección no son observables complementarios. Cuando crea algo con un momento bien definido a lo largo del eje x, y una posición bien definida a lo largo de los ejes y y z, puede decir que 'tiene dirección' en la dirección x, pero tendrá una posición muy mal definida a lo largo del eje x y cantidad de movimiento mal definida a lo largo de los ejes y y z.
Sé perfectamente que el impulso a lo largo de x conmuta con la posición a lo largo de yyz, de hecho, en la expansión de mi pregunta ya he mencionado explícitamente la posición en la dirección del impulso. El arma perfecta de un solo fotón existe solo en mi cabeza, como muchos dispositivos en muchos experimentos mentales que pueden (y deben) tener una explicación.
No tengo la sensación de que estemos de acuerdo todavía. Mi punto es que todo lo que ha dicho hasta ahora es que tiene una 'fuente de fotones ideal' pero no ha dicho cómo funciona. Si me dice cómo funcionaría, podemos discutirlo, pero de lo contrario solo está afirmando que existe algo así, pero no cómo crearía un fotón sin incertidumbre. He dado un ejemplo de cómo crearías un estado de fotón único.
Todo lo que necesitas hacer es trabajar hacia atrás. Sabes cuándo el fotón impactó la pantalla y sabes dónde impactó la pantalla. Sabes que el fotón pasó por la abertura o fue absorbido por uno de los bordes de la abertura y luego reemitido hacia la pantalla. Siga cualquiera de las dos trayectorias a la velocidad de la luz y sabrá cuándo estaba en la apertura.

Interesante pregunta que lleva a:

una partícula (p. ej., un fotón) preparada en un estado propio de cantidad de movimiento se puede encontrar en todas partes (al menos a lo largo de la dirección de la cantidad de movimiento)?

No. Según MC Physics, el fotón tiene presencia física en un lugar. Su comprensión puede ser confusa porque la primera incertidumbre de medir un fotón proviene de la posición exacta de la fuente de emisión y el campo EMF en el momento de la emisión (que le da velocidad y frecuencia). La segunda incertidumbre proviene de la distancia exacta de la fuente a los átomos en el detector. Suponiendo que viaje en el vacío. La tercera incertidumbre es la posición de rotación exacta (desde la frecuencia en la emisión inicial) de las monocargas en ese fotón al momento de interactuar con esos átomos en el detector.

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