¿Por qué es sorprendente el experimento de la doble rendija si no existe tiempo para los fotones?

Si alguna vez te encuentras razonando sobre una situación física utilizando el marco de referencia de un fotón, detente . Todo lo que concluya a partir de ese momento no tendrá sentido, ya que no existe el marco de referencia de un fotón.

De hecho, cuando realmente lo piensas, no es solo la dilatación del tiempo la que llega al infinito a medida que te acercas a la velocidad de la luz. Lo mismo es cierto para la contracción de longitud. Entonces, si pudieras ser un fotón, “verías” que el universo tiene una profundidad de cero, y entonces, ¿cómo podría haber un aparato de doble rendija para que lo atravieses?

Simplemente no hay forma de hacer que este tipo de razonamiento funcione.

Jay explica la parte “sorprendente” del experimento. No voy a cubrir esto. Esta respuesta debería simplemente agregar.

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Primero, me encanta la afirmación sobre las partículas que interfieren con ellas mismas . Confunde a mucha gente porque es fundamental y obvio con el experimento de la doble rendija. Solo recuerde que tratamos la dualidad onda-partícula aquí, por lo que puede ser más fácil imaginar que una onda puede interferir consigo misma (en lugar de una partícula que ‘se divide’ y ‘se recombina’ en su cabeza).

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Es un poco confuso afirmar que el tiempo “no existe” para los fotones. Lo que hemos aprendido en relatividad hasta ahora es que tanto la dilatación del tiempo (los intervalos entre los tics del reloj se hacen más grandes; el tiempo es más lento) como la contracción de la longitud (los intervalos entre los ticks de la regla se hacen más pequeños; la distancia es más pequeña). Cuanto más nos acercamos a la velocidad de la luz, más pronunciados se vuelven los dos efectos antes mencionados.

Los fotones viajan a la velocidad de la luz. En este límite, tenemos dilatación de tiempo infinito y contracción de longitud infinita . Esto significa que si bien el tiempo no pasa para los fotones (se puede decir que no tiene un concepto de tiempo), tampoco tiene un concepto de distancia.

tl; dr – el tiempo existe para los fotones. Solo hay un espacio infinito entre dos tics del reloj en el “marco de descanso” del fotón (nota: el concepto de un marco de descanso para un fotón conduce a una paradoja; nunca hables de ello a menos que seas un mecánico cuántico con licencia )

Los fotones ciertamente experimentan tiempo, como testigos del desplazamiento al rojo cosmológico progresivo por un factor de más de 1000 en lo que ahora es el fondo de microondas.

La razón es que la luz nunca viaja exactamente a c, la velocidad en un vacío clásico teórico. No hay tal vacío. Todo el espacio-tiempo contiene fotones, neutrinos, rayos cósmicos, un poco de hidrógeno y helio y, por lo general, otros elementos y partículas virtuales.

Esto no tiene nada que ver con el experimento de la doble rendija, que se puede hacer en materiales donde la luz viaja mucho más lento o a velocidades variables.

Trato de no estropear tu diversión aprendiendo los hechos sorprendentes en nuestro mundo microscópico, sino que solo señalo un malentendido obvio del resultado del experimento. No es que múltiples fotones (“partículas” en su comentario) interactúen entre sí. Si debilitamos el haz de luz de modo que en cada momento solo haya un fotón en el sistema, aún veremos interferencia, en el sentido de que si lo repite muchas veces, nunca encontrará que el fotón termine en la posición de cualquiera de los mínimos. Por lo tanto, no hay “fotones” que interactúen entre sí, ¡solo hay un fotón e interfiere consigo mismo! Más que eso, si reemplaza el fotón único con un solo electrón, ¡aún verá esa interferencia! Por lo tanto, son realmente olas, porque solo las olas pueden tener la capacidad de interferir consigo mismas. Una partícula es una ola.

En el experimento de doble rendija obtienes resultados similares para cualquier tipo de partícula, no solo fotones.

Sí, Einstein era un gran incondicional de la causalidad, pero le robó el fotón, por lo que en su universo no saben si van hacia atrás o hacia adelante. Afortunadamente, ninguno de ellos ha oído hablar de él, así que simplemente hacen lo que siempre hicieron.

No es un efecto relativista; Es una demostración de la dualidad onda-partícula. Si se realiza con un solo fotón, aún obtendría la misma interferencia.