Un foton este o singură particulă de lumină și, în circumstanțe normale, nu poate fi divizat. Dar un foton nu este nici o particulă, în sensul că nu are o locație specifică. În schimb, este un obiect extins.

Deci, dacă un foton este doar parțial în procesul de reflectare de pe o oglindă perfectă și tu tragi oglinda de acolo, ce se întâmplă? Răspunsul, de la un trio de fizicieni norvegieni, se dovedește a fi mai complex decât ai putea crede.

Să vorbim mai întâi pe scurt despre divizarea și combinarea fotonilor. Dacă aceasta ar fi o experiență comună în viețile noastre, atunci strălucirea unei singure culori de lumină printr-o bucată de sticlă sau reflectarea ei de pe o suprafață ar putea face ca fotonii să se dividă sau să se combine. Aceasta ar duce la o gamă uimitoare de culori: Universul nostru ar fi cea mai fantastică și legală călătorie cu LSD pe care ți-o poți imagina. Dar asta nu se întâmplă în general, deci LSD.

Ceea ce se întâmplă este că fotonii se pot divide și combina în circumstanțele potrivite - în esență, mediul prin care călătorește lumina trebuie să se schimbe ca răspuns la lumină. Aceasta poate duce la un curcubeu de culori dintr-o singură sursă de culoare.

Tehnic, am spune că interacțiunile luminii pe care le vedem în jurul nostru sunt liniare, iar combinarea/divizarea fotonilor este un proces neliniar. De obicei, pentru a depăși această neliniaritate, ai nevoie fie de un mediu foarte sensibil, fie de o sursă de lumină de intensitate foarte mare, cum ar fi un laser.

Îndepărtarea bruscă a oglinzii în timp ce un foton se reflectă nu este neliniară în modul în care m-aș gândi eu în mod normal. Dar dacă îi acorzi mai mult de un moment de gândire, este clar un eveniment neliniar. Această linie de gândire este obscurizată de modul în care gândim despre fotonii unici la oglinzi, totuși.

Să începem cu exemplul unei oglinzi parțial reflectorizante. Când un singur foton lovește acea oglindă, fie va trece prin oglindă, fie se va reflecta de pe oglindă. Fotonul este considerat a intra într-o stare de superpoziție de a fi atât reflectat, cât și transmis (probabilitățile fiecărei căi depinzând de cât de reflectorizantă este oglinda). Dacă plasăm detectoare în calea fotonilor reflectați și transmiși, când unul declanșează, prăbușește superpoziția, iar cealaltă cale potențială dispare. Nu există circumstanțe în care ambele detectoare să declanșeze în același timp. Nu înregistrăm jumătate de foton pe fiecare direcție.

Naiv, am putea face același argument pentru o oglindă complet reflectorizantă care este îndepărtată la jumătatea reflexiei. În acest argument, fotonul intră într-o stare de superpoziție de transmis și reflectat, cu probabilitatea determinată de momentul când oglinda a fost îndepărtată în comparație cu „dimensiunea” fotonului. Din nou, când încercăm să măsurăm pe ce cale a mers fotonul, ne-am aștepta ca superpoziția să se prăbușească și doar un detector să declanșeze.

Când m-am oprit să mă gândesc, era evident că acest lucru era greșit. Dar pentru a înțelege de ce, avem nevoie de un bagaj teoretic suplimentar.

Timpul și frecvența sunt două fețe ale aceleiași monede. Dacă cântăm o notă la pian, există o imagine în domeniul timpului: o variație regulată a presiunii în timp care continuă pentru o vreme. Această notă poate fi descrisă printr-o singură frecvență cu o singură amplitudine (cât de tare este). Sunetele mai complicate (acorduri, note staccato) au o structură complicată în timp și sunt descrise prin combinații mai complicate de frecvențe, fiecare cu propria amplitudine (faza contează și ea, dar vom ignora asta).

Această imagine este universală și se aplică tuturor semnalelor care variază în timp - și mult mai multor decât acestea. Când creșteam la fermă, ascultând radioul AM la un radio cu tuburi demodat (chiar și atunci), muzica era întotdeauna întreruptă de un zgomot de clic. Clicul venea de la gardul nostru electric, care tot timpul electrocutau o iarbă rătăcită, o oaie neascultătoare sau un taur în călduri. Acel impuls scurt și ascuțit genera un impuls electromagnetic scurt (și un taur furios). Impulsul foarte scurt (în timp) era prezent pe un spectru foarte larg, inclusiv, spre enervarea mea, pe banda de difuzare AM.