切割以释放彩虹 一个在光子中间移动的镜子可能会释放出一阵新光子。光子是单一的光粒子，在正常情况下，它是不能被分割的。但光子也不是粒子，换句话说，它没有特定的位置。相反，它是一个扩展的对象。因此，如果一个光子在从一个完美镜子反射的过程中只完成了一部分，而你猛地拉开镜子，会发生什么呢？来自三位挪威物理学家的回答（arxiv.org链接）比我预期的要复杂得多。光子被分割？让我们先简要讨论一下光子的分割与组合。如果这一经历在我们的生活中很常见，那么将单一颜色的光照射到一块玻璃上或从一个表面反射时，可能会导致光子分割或组合。这将导致一种令人惊叹的颜色阵列：我们的宇宙将是你能想象的最奇幻和合法的LSD旅行。但这种现象通常不会发生，因此有了LSD。实际上发生的是，在适当的情况下，光子可以分割和组合——本质上，光传播所经过的介质必须对光作出反应。这可以导致从单一颜色源产生的彩虹色彩。从技术上讲，我们会说我们周围看到的光相互作用是线性的，而光子的组合/分割是一个非线性过程。通常，要克服这种非线性，你需要非常敏感的介质或非常高强度的光源，例如激光。在光子反射的过程中突然移开镜子，并不是我通常认为的非线性现象。但是如果你多想一会儿，它显然是一个非线性事件。这种思考的过程被我们如何看待镜子中的单个光子所掩盖，下面我将对此进行说明。单个光子穿过镜子，还是它？让我们从一个部分反射的镜子示例开始。当一个单个光子撞击那个镜子时，它要么穿过镜子，要么从镜子反射回来。光子被认为进入了一个超位置状态，既反射又透过（每条路径的概率依赖于镜子的反射能力）。如果我们在反射光子和透射光子的路径上放置探测器，当其中一个探测器响起时，超位置状态会崩溃，另一个潜在路径消失。在任何情况下，没有两个探测器会同时鸣响。我们不会记录每个方向半个光子。简单地说，我们可以对一个完全反射的镜子作出同样的论点，假设它在反射过程中被移除。在这个论点中，光子进入了一个透射和反射的超位置状态，概率由镜子被移除的时间相较于光子的“大小”决定。同样，当我们试图测量光子走了哪条路时，我们预期超位置会崩溃，只会有一个探测器响起。但事实并不是这样。当我停下来认真考虑时，显然这是错误的。但要理解为什么，我们需要一些额外的理论背景。光子的雷声 时间和频率是同一枚硬币的两面。如果我们在钢琴上演奏一个音符，有一个时域图像：压力随时间的规律变化，持续一段时间。这个音符可以用单一频率和单独的振幅（音量）来描述。更复杂的声音（和弦、断音）在时间上具有复杂的结构，并由更复杂的频率组合描述，每个频率都有自己的振幅（相位也很重要，但我们将忽略它）。这个图像是普遍适用的，适用于所有时间变化信号，甚至比这些更广泛。当我在农场长大时，听着老式（即使在那时）电子管收音机的AM广播，音乐总是被点击声打断。点击声来自于我们的电围栏，它总是在电击一些顽皮的草、调皮的羊或者一头好色的公牛。那种短促而强烈的电流产生了一个短暂的电磁脉冲（还有一头愤怒的公牛）。这个极短的脉冲（在时间上）在很宽的频谱上存在，包括令我烦恼的AM广播频谱。事件在时间上越短，支持它所需的频谱就越多。另一方面，长时间不变化的单一音调则需要非常少的频谱（仅仅是音调本身）。这个规则同样适用于反射自镜子的光子。光子在镜子上反射，电磁场在规律地、平滑地变化，从入射波到反射波。透射波并不存在，因此振幅是快乐的零。然后镜子被猛地拉走。反射波的振幅突然降到零，透射波突然从零跳跃。这两者都是需要比原始光子更多的带宽的尖锐过渡。