Si un fotón puede describirse como una onda extendida, ¿cómo puede uno estar seguro de que en el experimento de dos rendijas hay realmente dos fotones diferentes?

En realidad, nadie dice que requiere dos fotones diferentes, o que los fotones se dividen en dos.

No estás lejos Puedes pensar si un fotón viaja como una onda de probabilidad. La onda de probabilidad pasa a través de ambas rendijas.

Pero el fotón interactúa como una partícula. Donde esa partícula interactúa es una probabilidad. Donde las ondas de probabilidad se refuerzan, es más probable que el fotón interactúe allí. Cuando las ondas de probabilidad se cancelan, es muy poco probable que el fotón interactúe allí.

Esto ha sido probado: fotones individuales disparados a dos rendijas, lo suficientemente lento como para que no haya dos fotones que puedan interferir entre sí. Sin embargo, el patrón todavía se forma.

¿Quieres un verdadero alucinante? También funciona con electrones. Dispara electrones en dos rendijas del tamaño apropiado y se forma el mismo patrón de interferencia. Las partículas individuales viajan como nubes de probabilidad.

Oh, claro, ese no es el problema, de hecho podemos imaginar una ola cruzando dos rendijas y continuando más allá, podemos hacer y ver eso en cualquier piscina o estanque. Y eso no es “una ola dividida en dos”, solo un frente de onda servirá, cruzará las rendijas y se recombinará.

El problema es que una ola es una entidad extendida, deslocalizada. Y, sin embargo, cuando esas ondas se manifiestan como interactuando con cualquier otra cosa, lo hacen como si fueran partículas, en un único punto local. En el ámbito macroscópico no tenemos problemas para imaginar las ondas extendidas que interactúan en todo su frente de onda, podemos imaginar fácilmente una ola de calor del sol golpeando una placa de metal y toda la superficie de la placa de metal se calienta de manera uniforme. El problema aparece cuando comenzamos a verificar el fenómeno a escalas cada vez más pequeñas. Llega un punto (cuando la energía de la onda es igual a un cuanto) cuando, en lugar de que la onda caliente toda la placa de metal de manera uniforme, lo hace a un solo electrón en la placa, en un determinado punto local. Excita un solo electrón. Esto parece sugerir que ya no era una onda extendida sino una sola partícula.

Cuando disparamos esa onda cuántica única a través de las dos rendijas, se comporta como si cruzara las rendijas como una onda, pero luego golpea un solo electrón en la placa. La onda de alguna manera se convierte en una partícula, y del mismo modo, cuando se emite una partícula, se convierte en una onda.

Puede sonar menos misterioso cuando hablamos de fotones, pero lo mismo sucede con los electrones, los protones y entidades aún más grandes, para lo cual tenemos múltiples experimentos que muestran que en su mayor parte son partículas localizadas y no ondas. Y sin embargo, también cruzan las rendijas de una manera consistente con una ola.

La interpretación estándar es que un solo fotón atraviesa ambas ranuras simultáneamente. Las teorías difieren en cuanto a si lo hace como una onda o como múltiples instancias de una partícula.

Tiendo a favorecer la interpretación de la onda yo mismo.

Sí, eso es exactamente lo que pasa. Lo mismo con los electrones. ¿Quién te dijo algo diferente?