¿Qué onda causa interferencia en el experimento de la doble rendija?

En el experimento clásico de doble rendija (no el experimento de doble rendija de un solo fotón), surge un patrón de interferencia en cualquier pantalla que se esté utilizando. Siempre he oído que esto se debe a que la luz tiene propiedades ondulatorias o porque la luz es una onda.

¿El patrón de interferencia en el experimento de doble rendija es causado por la interferencia de ondas electromagnéticas o es causado por la interferencia de ondas de probabilidad?

Si es causado por ondas electromagnéticas que interfieren, entonces es justo decir que polarizar ambas rendijas de manera diferente para realizar un experimento de "hacia dónde" solo elimina la interferencia porque la luz que está polarizada de manera diferente

Si es causado por ondas de probabilidad que interfieren, entonces, ¿es justo decir que polarizar ambas rendijas de manera diferente para realizar un experimento de "en qué dirección" no mide realmente en qué dirección fueron? Es solo "preparar" para una medición. ¿Por qué desaparece la interferencia cuando se polariza de manera diferente si este es el caso?

Es una onda de probabilidad.
¿Y la polarización no es parte de la función de onda de probabilidad? Eh.
No existe tal cosa como una onda de probabilidad. Hay una función de onda QED, pero el uso de la electrodinámica cuántica es una exageración total para este experimento ya que no estamos interesados ​​en la interacción del campo electromagnético con la materia aquí. La distinción entre la interferencia de un solo fotón y la de múltiples fotones es completamente absurda. Los fotones no interactúan entre sí porque a la energía y la densidad de energía de este experimento, el campo electromagnético es perfectamente lineal. El experimento en sí no es un experimento cuántico, en absoluto.
El experimento de la doble rendija se puede describir de forma clásica o con fotones, como muestro aquí . Los dos enfoques son totalmente equivalentes.
El contenido conceptual de los dos es idéntico también. El lugar donde tropiezas es donde preguntas " en qué dirección fueron [los fotones]", que no es una pregunta bien definida. Es tan insignificante como preguntar por qué rendija pasó una onda electromagnética: no es ni lo uno ni lo otro, sino una superposición de los dos.
El experimento puede, por cierto, llevarse a cabo con ondas superficiales en el agua. ¿Hacia dónde se fueron las ondas de agua cuando causaron un patrón muy similar?
@CuriousOne Es el experimento de doble rendija de un fotón a la vez que muestra que el patrón en la pantalla se puede interpretar como una distribución de densidad de probabilidad para el fotón (ya sabes, esas cositas que dejan UNA huella de punto en la pantalla)
@anna_v: Por favor, deja de difundir esta información errónea. Tú, entre todas las personas, deberías saber qué sucede cuando dos fotones realmente interactúan: obtenemos otras partículas con nuevas energías. Nunca se ha visto tal cosa en luz visible en el vacío y nadie espera que se observe hasta que tengamos una verdadera máquina colisionadora gamma-gamma. Cada experimento de doble rendija jamás realizado con fotones es un experimento de un solo fotón. A lo sumo, está probando la resolución temporal y espacial de su detector... pero eso no tiene absolutamente nada que ver con las interacciones de los fotones.
@CuriousOne: uno puede colocar dos detectores separados detrás de la doble rendija, cada uno midiendo la intensidad y luego observar las correlaciones entre las señales de estos dos detectores. Esto sería una especie de experimento de Hanbury-Brown-Twist, lo que implica que están involucrados dos fotones. Me sorprendería que esto no se haya hecho todavía.
@flippiefanus: Entonces, cuando pones dos detectores detrás del experimento, ¿obtienes luz azul de dos fotones rojos? ¿Por qué estoy preguntando eso? Porque eso es lo que sucede cuando dos fotones realmente interactúan en la teoría de autointeracción no lineal completa en segundo orden.
@CuriousOne: no, no se requieren interacciones. Ve a leer sobre Hanbury-Brown-Twist.
@flippiefanus: si no hay interacciones, entonces todo lo que está probando es el propagador libre de la teoría lineal de primer orden. Eso es lo único que puede hacer un experimento óptico, ahora mismo. Simplemente no hay suficientes fotones ni siquiera en el pulso de láser ultracorto de mayor potencia para ir más allá. Estamos trabajando en colisionadores gamma-gamma que serán capaces de hacer más, pero, por supuesto, no harán ningún corte en la trayectoria del haz.
@CuriousOne: ¿Sí? Creo que me estoy perdiendo tu punto. Uno puede ver correlaciones no triviales en tales observaciones de dos fotones incluso en ausencia de interacciones. Un ejemplo es el trabajo realizado sobre motas de dos fotones.
@flippiefanus: Estás malinterpretando el experimento. No hay interacciones fotón-fotón en esos experimentos, de lo contrario, las energías de los fotones que entran serían diferentes de las que salen. Mire los diagramas de Feynman de orden más bajo para QED. Sí, hay correlaciones de n puntos, pero también las tienes en las ondas de agua. Esos no tienen nada que ver con la mecánica cuántica del campo electromagnético. Existen en cualquier teoría lineal. Puede producirlos en osciladores armónicos acoplados simples, si lo desea.
@CuriousOne: ese es precisamente mi punto. Se puede hacer un experimento en el que se mide el campo con dos detectores en diferentes lugares detrás de las dos rendijas y observar las correlaciones (función de 4 puntos). El resultado sería como un experimento HBT, que se puede explicar en un contexto puramente clásico. Dicho esto, hay casos de este tipo de experimentos de dos fotones, sin interacción, que no se pueden explicar de forma clásica, como el efecto Hong-Ou-Mandel. Creo que nos estamos desviando aquí. Así que terminemos con esto.
@flippiefanus: Sí, puedes hacer esos experimentos todo el día, pero no aprenderás nada de ellos. Los resultados ya se conocen. No sé por qué piensas que tiene que haber una explicación clásica para el mundo cuántico. Eso nunca fue necesario. Lo que es necesario y lo que existe desde 1929 en versiones cada vez más completas es una explicación de cómo el mundo clásico emerge del mundo cuántico, que, sin embargo, tampoco puede aprenderse del experimento de la doble rendija y sus variaciones.
Ahora estás poniendo palabras en mi boca, nunca he dicho que uno pueda tener una explicación clásica para el mundo cuántico.

Respuestas (2)

Centrándonos solo en un aspecto de la pregunta sobre la razón por la cual el etiquetado de polarización de las rendijas eliminaría la interferencia en la interpretación de las "ondas de probabilidad":

En primer lugar, como se indica en los comentarios, se debe tener cuidado con esta interpretación de "onda de probabilidad". Es realmente una amplitud de probabilidad y como tal lleva todos los grados de libertad incluyendo la polarización del estado/campo. Cuando la parte del campo de las diferentes rendijas se etiqueta en términos de su polarización, la interferencia desaparecería. Efectivamente, uno 'traza' el grado de libertad no observado, la polarización. Esto realmente se vuelve más claro cuando haces los cálculos. Puedo agregar eso más tarde, si quieres (no tengo tiempo ahora). Por cierto, se puede recuperar la interferencia con otro polarizador detrás de la pantalla, si este polarizador selecciona una polarización común de ambos campos.

El marco subyacente del mundo físico que hemos estudiado con nuestros experimentos es definitivamente mecánico cuántico. Las partículas y ondas clásicas emergen de este nivel mecánico cuántico de una manera matemáticamente fluida.

Si uno quiere ir al marco básico de la luz, tiene que usar la mecánica cuántica. La mecánica cuántica se basa en postulados impuestos a las funciones matemáticas autoconsistentes además de los axiomas matemáticos, para conectar las medidas con las matemáticas. Crucial para QM es la regla Born

es una ley de la mecánica cuántica que da la probabilidad de que una medición en un sistema cuántico produzca un resultado determinado. Lleva el nombre de su creador, el físico Max Born.

Se puede demostrar que las ondas electromagnéticas clásicas están formadas por una confluencia de fotones, pero esto necesita el formalismo de la teoría cuántica de campos, que se basa en los postulados de la mecánica cuántica. La función de onda de un fotón se deriva mecánicamente cuánticamente mediante una ecuación de Maxwell cuantificada y no debería sorprender que las soluciones se fusionen en el límite clásico.

Nota, una sola medida. En el caso del experimento de fotón único de doble rendija, es la probabilidad de que se vea un punto en la pantalla (x, y).

fotón único ds

Visto desde la mecánica cuántica, eso es lo que es el patrón de interferencia, la distribución de fotones acumula una densidad de probabilidad.

Es solo "preparar" para una medición.

como usted dice.

¿Por qué desaparece la interferencia cuando se polariza de manera diferente si este es el caso?

En principio, esta densidad de probabilidad es la solución del problema del valor límite de la mecánica cuántica "dispersión de fotones en dos rendijas específicas". Como las soluciones de las ecuaciones mecánicas cuánticas son en su mayoría sinusoidales, y los senos y cosenos cuando se suman o restan funciones suelen mostrar patrones de interferencia, no debería sorprender que cuando la probabilidad de medición depende de distribuciones sinusoidales, los patrones de interferencia pueden aparecer o desaparecer. dependiendo de las condiciones de contorno, en este caso las que imponen la polarización.

¿Puede mostrarme evidencia experimental para un experimento de dos fotones de doble rendija?
@CuriousOne te estás volviendo divertido en tu monomanía de "QFT uber alles". ¿Puedes mostrarme evidencia experimental de un experimento de dos electrones? Debe ser el primero en conocer el HUP y la imposibilidad de configurar exactamente la misma función de onda de dos partículas como condición inicial en scattering.g, lo cual es importante para poder analizar las distribuciones resultantes.
Todo lo que pido es que me muestre un experimento de doble rendija de dos fotones. ¿Puedo mostrarte un experimento de dos electrones? Sí, eso es lo que hiciste en LEP hace un tiempo. Incluso puedo mostrarles un experimento de muchos quarks/gluones... es lo que hacen los científicos del LHC cuando colisionan plomo con plomo.
@CuriousOne no, lep fue la dispersión de un electrón en un positrón en el centro de masa, con un vector de impulso de energía conocido. no es un experimento de dos electrones. detengamos esto aquí. Tengo que cocinar para mi familia.
Deberíamos hablar de esto fuera de línea... Creo que entenderás mi punto, algún día. Sólo prométeme que lo pensaré un poco.