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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics 标题: 光子只与自己干涉吗？发信站: BBS 珞珈山水站 (Sat Mar 8 17:05:52 2008) dirac对量子力学的建立贡献很大，有本量子力学被誉为Bible，反正我师弟整个研一啥都不看，就看那个了。不过任何人都可能犯错，都会受时代的局限。dirac的量子力学里有个很了不起的错误，是有关干涉的。在dirac的那个时候，已经有了个很著名的实验，就是一束极其弱的光的双缝干涉。极其弱，弱到两个光子之间的平均距离远远大于实验室的尺度。所以干涉条纹的出现，使得dirac得出了那个时代的领先结论，一个光子只与自己干涉，两个光子不干涉。这是整本书一个不小的错误几十年后，当人们纠正这个错误时，一门新的学科建立起来了，就是量子光学干涉，似乎是个很简单的现象。Young的double slit实验，高中生都知道。可是这个实验在近现代物理中的地位，却不一定为大部分人所appreciate. 它应该排最重要实验实验排行榜的top10。量子光学和量子信息的领军任务peter zoller教授上次在北京kitp开幕报告上高度评价了这个实验，并且作了很有深刻的论述：单缝没意思，双缝有意思，三缝没意思，无穷条缝又有意思了。回到dirac的问题。Cohen Tannoudji在他的书里问道，在谈干涉时，究竟是什么在interf ere？what entities？问题到点子上了，what entities！是光子吗？不是！Tannoudji教授的回答是，transition amplitude! 一个体系从一个初态到一个末态，往往有不止一条路径，就好像一个光子可以从两条缝里任意一条越过屏幕到达接收板上某一点。量子力学说，从初态到末态的总的transition amplitude，等于所有路径的transition a mplitude的和。这就是干涉最干净的解释注意，在这里没有提到具体的体系是什么，因为没有必要。对一切系统都成立！这个系统不必只有一个光子！它完全可以有两个光子，三个光子，或者N个光子。完全可以是一个光子与电子的耦合系统！你想它是什么就可以是什么。具体到dirac的问题，结论是，两个光子也会出干涉效应！设想一个光子在模式1，另一个光子在模式2，现在在空间两点a,b 放两个光电探测器。在 a，b两点各探测到一个光子的几率正比与前面指点的初态到真空态的transition amplitu de的模方。而这个transition amplitude是两部分的和：a 点消灭的是模式1的光子，b点消灭的是模式2的光子，或者 a点消灭的是模式2的光子，b点消灭的是模式1的光子。这两个路径都导致光场跃迁到真空态，这就构成了双缝干涉！这个干涉的结果是，两个探测器同时探测到光子的几率随二者之间的距离周期变化！有意思的，如果只有一个探测器在空间移动，探测到的结果将是flat的，没有周期结构的。这里，干涉不是以大家最熟悉的那种形式出现，而是一张稍微奇特的方式。这种方式被大牛mandel用来实实在在地探测双光子干涉。1963年，mandel在nature上发表文章，宣称发现了两个不同激光器输出光束的干涉！ My god！两个不同激光器之间的干涉！大家本科做光学实验，于同young当初一样，都是一个激光器输出的光，分成两束，再combine啊！两个不同的激光器？他们虽然各自有很有的相干性，但是彼此的相位是无关的吧？涨落等很快就使得二者的相位随机了吧？那不跟一般的热光源的两点发出的光没差别了？那还能出干涉条纹？确实，如果接受屏是一张照相机胶片的话，确实没有条纹。不过mandel实验中干涉的意义是“两个探测器同时探测到光子的几率随二者之间的距离周期变化”！ -- 有限的生命，只读经典的文章 limited life for classic papers ※ 来源:·珞珈山水BBS站 http://bbs.whu.edu.cn·[FROM: 159.226.37.*]
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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics
标题: 光子只与自己干涉吗？
发信站: BBS 珞珈山水站 (Sat Mar 8 17:05:52 2008)

dirac对量子力学的建立贡献很大，有本量子力学被誉为Bible，反正我师弟整个研一啥都
不看，就看那个了。

不过任何人都可能犯错，都会受时代的局限。dirac的量子力学里有个很了不起的错误，是
有关干涉的。在dirac的那个时候，已经有了个很著名的实验，就是一束极其弱的光的双缝
干涉。极其弱，弱到两个光子之间的平均距离远远大于实验室的尺度。所以干涉条纹的出
现，使得dirac得出了那个时代的领先结论，一个光子只与自己干涉，两个光子不干涉。

这是整本书一个不小的错误

几十年后，当人们纠正这个错误时，一门新的学科建立起来了，就是量子光学

干涉，似乎是个很简单的现象。Young的double slit实验，高中生都知道。可是这个实验
在近现代物理中的地位，却不一定为大部分人所appreciate. 它应该排最重要实验实验排
行榜的top10。量子光学和量子信息的领军任务peter zoller教授上次在北京kitp开幕报告
上高度评价了这个实验，并且作了很有深刻的论述：单缝没意思，双缝有意思，三缝没意
思，无穷条缝又有意思了。

回到dirac的问题。Cohen Tannoudji在他的书里问道，在谈干涉时，究竟是什么在interf
ere？what entities？

问题到点子上了，what entities！

是光子吗？不是！Tannoudji教授的回答是，transition amplitude!

一个体系从一个初态到一个末态，往往有不止一条路径，就好像一个光子可以从两条缝里
任意一条越过屏幕到达接收板上某一点。

量子力学说，从初态到末态的总的transition amplitude，等于所有路径的transition a
mplitude的和。

这就是干涉最干净的解释

注意，在这里没有提到具体的体系是什么，因为没有必要。对一切系统都成立！这个系统
不必只有一个光子！它完全可以有两个光子，三个光子，或者N个光子。完全可以是一个光
子与电子的耦合系统！你想它是什么就可以是什么。

具体到dirac的问题，结论是，两个光子也会出干涉效应！

设想一个光子在模式1，另一个光子在模式2，现在在空间两点a,b 放两个光电探测器。在
a，b两点各探测到一个光子的几率正比与前面指点的初态到真空态的transition amplitu
de的模方。而这个transition amplitude是两部分的和：a 点消灭的是模式1的光子，b点
消灭的是模式2的光子，或者 a点消灭的是模式2的光子，b点消灭的是模式1的光子。这两
个路径都导致光场跃迁到真空态，这就构成了双缝干涉！

这个干涉的结果是，两个探测器同时探测到光子的几率随二者之间的距离周期变化！

有意思的，如果只有一个探测器在空间移动，探测到的结果将是flat的，没有周期结构的
。

这里，干涉不是以大家最熟悉的那种形式出现，而是一张稍微奇特的方式。这种方式被大
牛mandel用来实实在在地探测双光子干涉。1963年，mandel在nature上发表文章，宣称发
现了两个不同激光器输出光束的干涉！

My god！两个不同激光器之间的干涉！大家本科做光学实验，于同young当初一样，都是一
个激光器输出的光，分成两束，再combine啊！两个不同的激光器？他们虽然各自有很有的
相干性，但是彼此的相位是无关的吧？涨落等很快就使得二者的相位随机了吧？那不跟一
般的热光源的两点发出的光没差别了？那还能出干涉条纹？

确实，如果接受屏是一张照相机胶片的话，确实没有条纹。

不过mandel实验中干涉的意义是“两个探测器同时探测到光子的几率随二者之间的距离周
期变化”！
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