Вопрос по интерференции фотонов

[poiuytr]

У Дирака в книге «Принципы квантовой механики» изд. 1979г. § 3. Интерференция фотонов, с.21 говорится, что «интерференции между двумя разными фотонами никогда не происходит». Но как тогда работают в лазерные оптоволоконные интерферометры, где временная разность хода лучей может быть значительной и возможность интерференции лучей определяется только временем когерентности излучения лазера. Т.е. интерферируют заведомо разные фотоны. Что, этот принцип на сегодня устарел?

[Munin]

Нет, просто разные фотоны между собой тождественны. Поэтому, интерферируют ли разные фотоны, или один и тот же фотон сам с собой - нет разницы.

-- 07.01.2016 10:49:23 --

Тут надо пояснить. Допустим, мы имеем два фотона, имеющие "волновые функции" $|\gamma_1\rangle$ и $|\gamma_2\rangle.$ (В кавычках, потому что это не совсем волновые функции, но нас сейчас это не волнует, по крайней мере, они распространяются по соответствующему волновому уравнению.) Под интерференцией фотона с самим собой подразумевается, что распространение "волновой функции" $|\gamma_1\rangle$ зависит от, и только от, самой этой "волновой функции" $|\gamma_1\rangle.$ Она подчиняется какому-то волновому уравнению типа $|\gamma_1\rangle_{tt}=\mathcal{F}[|\gamma_1\rangle].$ То же и с другим фотоном. Но за счёт тождественности, реальное двух фотонное состояние будет не $|\gamma_1\rangle\otimes|\gamma_2\rangle,$ а

$\tfrac{1}{\!\!\sqrt{2\,}\,}(|\gamma_1\rangle\otimes|\gamma_2\rangle+|\gamma_2\rangle\otimes|\gamma_1\rangle),$

что означает "запутанность" двух вариантов: либо первый фотон в "состоянии первого фотона", а второй - в "состоянии второго фотона", либо наоборот, первый фотон - в "состоянии второго фотона", а второй - в "состоянии первого фотона". На распространение фотонов это не влияет никак.

Соответственно, в лазерах между собой тождественны не два фотона, а громадное количество, и все они находятся в одном состоянии (!!!), за счёт чего, собственно, лазерная генерация и происходит. Но это не мешает каждому фотону распространяться в точности так, как если он интерферирует только сам с собой. Так что, вот это вот:

poiuytr в сообщении #1088660 писал(а):

Т.е. интерферируют заведомо разные фотоны.

- просто неверно! Время когерентности излучения лазера - это как раз время, на которое лазеру удаётся "растянуть один фотон". И не важно, что их там на самом деле мульоны.

[poiuytr]

Для случая множества одинаковых фотонов понятно. А если фотон будет всего один, то в этом случае интерференции в такой системе видимо не будет?

[Munin]

Как это не будет? Фотон будет интерферировать сам с собой. Правда, заметить вы это сможете только вероятностно, например, по множеству испытаний.

[bondkim137]

poiuytr в сообщении #1088766 писал(а):

А если фотон будет всего один, то в этом случае интерференции в такой системе видимо не будет?

один фотон, как частица квантовая, представляет собой волну (волновую функцию). волна умеет (и будет) интерферировать сама с собой. ее (волновой функции) интерференцию можно расчитать. и затем даже экспериментально проверить множеством одинаковых опытов, как сказал Munin. статистика положений, где будет зафиксирован фотон, будет приближаться к расчитанной интерференционной картине при росте количества опытов.

[poiuytr]

Я полагал, что поскольку временная разность хода в коротком и длинном плече интерферометра значительна, то измеряя время между излучением одиночного фотона и его регистрацией в приемнике можно определить по какому пути, короткому или длинному он прошел, а такая информация разрушает интерференцию. Причем должен наблюдаться эффект скачкообразного появления интерференции если уменьшать интервал времени между излучаемыми одиночными фотонами. Когда этот интервал сравняется с временем прохождения фотоном короткого плеча и мы не сможем узнать по какому пути прошел фотон, должна появиться интерференция. Если я не ошибаюсь, то интересно узнать известен в квантовой физике такой эксперимент?

[Munin]

poiuytr в сообщении #1088890 писал(а):

Я полагал, что поскольку временная разность хода в коротком и длинном плече интерферометра значительна

Вопрос не в том, значительна ли она сама по себе, а в том, как она соотносится с временем когерентности.

poiuytr в сообщении #1088890 писал(а):

то измеряя время между излучением одиночного фотона и его регистрацией в приемнике можно определить по какому пути, короткому или длинному он прошел, а такая информация разрушает интерференцию.

Если вы будете прерывать измерения в тот момент, когда по длинному пути фотон ещё не успел пройти, то вы не обнаружите интерференции. А если не будете - то как вы измерите время?

poiuytr в сообщении #1088890 писал(а):

Причем должен наблюдаться эффект скачкообразного появления интерференции если уменьшать интервал времени между излучаемыми одиночными фотонами.

Тут есть та неприятность, что если вы излучаете фотоны поодиночке, то они будут некогерентны между собой.

Кажется, можно ослабить лазерный луч до того, что в нём будет, например, "один фотон в секунду", и не нарушить когерентности, но это всё равно будет достигнуто ценой того, что это будет цифра в среднем - а каждый отдельный фотон всё равно будет занимать времени намного дольше этой одной секунды.

poiuytr в сообщении #1088890 писал(а):

Если я не ошибаюсь, то интересно узнать известен в квантовой физике такой эксперимент?

Экспериментов с фотонами и лазерами проведена масса, и все они подтверждают самую элементарную квантовую теорию. Никаких нарушений и отклонений не обнаружено.

[Xey]

Эта тема время от временем всплывает. Напомню.

Xey в сообщении #755259 писал(а):

Цитата:

Сами авторы дают интерпретацию этого поведения как интерференцию фотона с самим собой, но это неверная интерпретация! Правильная интерпретация была дана чуть позже де Бройлем и соавтором в статье Phys. Rev. 172, 1284–1285 (1968). Они подчеркивают, что излучение фотона (точнее, "просачивание фотонной волновой функции" из лазеров наружу) есть непрерывный процесс. Эти две просачивающиеся из разных лазеров волновые функции интерферируют всегда, даже если детектор в течение какого-то времени не регистрирует никаких фотонов. А уж когда "накопится" достаточно большая вероятность для регистрации очередного фотона, тогда она и происходит, но в полном соответствии с картиной интерференции двух разных лучей.
http://igorivanov.blogspot.ru/2006/04/blog-post_24.html

[Munin]

Не вижу в "правильной интерпретации" ничего, что бы противоречило интерференции фотона с самим собой. При всём глубочайшем уважении к И. Иванову, мне кажется, он здесь полемически забыл, что фотоны между собой тождественны. Странно только то, что такой один (!) фотон при этом оказывается испущен двумя лазерами, но это уже отдельная история. Ничего невозможного в этом нет. И ничего невозможного нет в том, что одним и тем же, по сути, математическим расчётам в физике даётся несколько разных словесных описаний.

Кроме того, как "неправильную" он обругивает интерпретацию Манделя, а это, вроде как, не последний человек в квантовой оптике. Скорее как раз вполне уровня Глаубера и Де Бройля.

[chislo_avogadro]

Ещё интересный пассаж из Иванова

Интерференция между разными фотонами писал(а):

в течение процесса излучения одного фотона, атом успевает испытать много столкновений. После каждого столкновения происходит, во-первых, сбой фазы, а во-вторых, изменяется скорость, и из-за допплеровского смещения частоты изменяется скорость набегания фазы. Все это приводит к тому, что осцилляции полей даже в одном фотоне, разделенные небольшим помежутком времени, уже некогерентны. Когерентность будет только, если заставить фотон интерферировать с самим собой, причем лишь с очень небольшой сдвижкой.

Как-то это очень "полуклассически" звучит. Квантовые оптики вроде не говорят о "времени излучения", но о времени жизни состояния.

[Munin]

Возможно, дело в том, что Иванов не кв. оптик, а hep-щик. В его квалификации сомневаться не приходится, но нюансы терминологии он может не соблюдать.

[chislo_avogadro]

Возможно, тут дело не только в терминологии. Адекватна ли картина "скорость набегания фазы" при испускании фотона? Отрицательный ответ ставил бы под сомнение

Интерференция между разными фотонами писал(а):

...это приводит к тому, что осцилляции полей даже в одном фотоне, разделенные небольшим помежутком времени, уже некогерентны.