En foton är en enskild ljuspartikel, och under normala omständigheter kan den inte delas. Men en foton är inte heller en partikel i den meningen att den har en specifik plats. Istället är den ett utsträckt objekt.

Så om en foton bara är halvvägs genom processen att reflekteras från en perfekt spegel och du rycker bort spegeln, vad händer då? Svaret, från en trio norska fysiker, visar sig vara mer komplext än man kan förvänta sig.

Låt oss först prata kort om att dela och kombinera fotoner. Om detta vore en vanlig upplevelse i våra liv, skulle det att lysa en enda färg av ljus genom en glasbit eller reflektera det från en yta kunna få fotoner att dela sig eller kombineras. Detta skulle leda till en fantastisk mängd färger: Vårt universum skulle vara den mest fantastiska och lagliga LSD-tripp du kan föreställa dig. Men detta händer i allmänhet inte, därav LSD.

Vad som händer är att fotoner kan dela sig och kombineras under rätt omständigheter – i princip måste mediet genom vilket ljuset färdas förändras som svar på ljuset. Detta kan leda till en regnbåge av färger från en enda färgkälla.

Tekniskt sett skulle vi säga att ljusinteraktionerna vi ser omkring oss är linjära, och kombinationen/divisionen av fotoner är en olinjär process. Vanligtvis, för att övervinna den olinjäriteten, behöver du antingen ett mycket känsligt medium eller en mycket högintensiv ljuskälla, som en laser.

Det plötsliga avlägsnandet av spegeln medan en foton reflekteras är inte olinjärt på det sätt som jag normalt skulle tänka på det. Men om du ger det mer än ett ögonblicks tanke, är det uppenbart en olinjär händelse. Detta tankesätt skyms av hur vi tänker på enskilda fotoner vid speglar, dock.

Låt oss börja med exemplet på en halvgenomskinlig spegel. När en enskild foton träffar den spegeln, kommer den antingen att gå igenom spegeln eller reflekteras från spegeln. Fotonen anses gå in i ett superpositionstillstånd av att både ha reflekterats och passerat (sannolikheterna för varje väg beror på hur reflekterande spegeln är). Om vi placerar detektorer i vägen för de reflekterade och transmitterade fotonerna, när en klickar, kollapsar superpositionen och den andra potentiella vägen försvinner. Det finns inga omständigheter där båda detektorerna klickar samtidigt. Vi registrerar inte en halv foton var.

Naivt skulle vi kunna göra samma argument för en helt reflekterande spegel som tas bort mitt i reflektionen. I detta argument går fotonen in i ett superpositionstillstånd av transmitterad och reflekterad, med sannolikheten bestämd av när spegeln togs bort jämfört med fotonens "storlek". Återigen, när vi försöker mäta vilken väg fotonen tog, skulle vi förvänta oss att superpositionen kollapsar och endast en detektor klickar.

När jag stannade upp och tänkte på det, var det uppenbart att detta var fel. Men för att förstå varför behöver vi lite extra teoretiskt bagage.

Tid och frekvens är två sidor av samma mynt. Om vi spelar en ton på ett piano finns det en tidsdomänbild: en regelbunden variation i tryck över tid som fortsätter ett tag. Denna ton kan beskrivas av en enda frekvens med en enda amplitud (hur stark den är). Mer komplicerade ljud (ackord, staccatotoner) har en komplicerad struktur i tiden och beskrivs av mer komplicerade kombinationer av frekvenser, var och en med sin egen amplitud (fas spelar också roll, men vi ignorerar det).

Denna bild är universell och gäller för alla tidsvarierande signaler – och långt fler än så. När jag växte upp på gården och lyssnade på AM-radio på en gammaldags (även då) rörradio, avbröts musiken alltid av ett klickande ljud. Klickandet kom från vårt elstängsel, som alltid stötte till någon förirrad grästuva, ett olydigt får eller en kåt tjur. Den korta skarpa strömmen genererade en kort elektromagnetisk puls (och en arg tjur). Den mycket korta pulsen (i tiden) fanns över ett mycket brett spektrum, inklusive, till min förtret, AM-sändningarna.