Pensez-y de cette façon: un photon est l'événement de détection.Lorsqu'il n'y a qu'un seul photon, il n'y a qu'un événement de détection.La distribution de probabilité des événements de détection est associée à la fonction d'onde du photon.

Si le photon traverse réellement les deux fentes (en même temps), alors pourquoi ne pouvons-nous pas le détecter aux deux fentes (en même temps)?

Très bien, jouons à des jeux de mots:

Ce n'est pas une question bien définie. «Détecter une particule» ne veut rien dire en mécanique quantique. Les mesures de mécanique quantique sont toujours des mesures d ' observables spécifiques . Il n'y a pas d'acte holistique "d'observer toutes les propriétés d'un système à la fois" comme c'est le cas en mécanique classique - une mesure est toujours spécifique à l'observable qu'elle mesure, et la mesure modifie irrévocablement l'état du système mesuré.

Les gens utilisent souvent "détecter une particule" comme raccourci pour "effectuer une mesure de position d'une particule". Par définition, une mesure de position a pour résultat une position unique, et interagit avec l'état de la particule mesurée de telle sorte qu'elle est maintenant réellement dans l'état dans lequel elle se trouve à cette seule position et nulle part ailleurs. Donc, si vous pouviez effectuer des mesures de position qui produisaient les deux fentes comme position de la particule, cela signifierait que vous avez effectué un exploit impossible - il y a maintenant deux particules, chacune dans l'état d'être à une fente et cette fente seulement. La mécanique quantique est peut-être étrange, mais il est clair que ce n’est pas cela bizarre - nous ne pouvons pas dupliquer une particule à partir de rien simplement en la mesurant.

Si vous n'insistez pas pour que "détecter" signifie "effectuer une mesure de position", alors bien sûr, la configuration standard à double fente est une "détection" du photon aux deux fentes - le motif à l'écran ne peut s'expliquer que par la fonction d'onde de la particule passant à travers les deux fentes et interférant avec elle-même. Il ne s'agit bien sûr que d'un raisonnement indirect - il n'y a tout simplement pas d'observable dont les états propres correspondraient naïvement à "nous avons détecté le photon aux deux fentes à la fois".

Enfin, vous semblez confondre «interagir» avec «mesurer» ou «détecter».Bien sûr, nous pouvons interagir avec la particule aux deux fentes - nous ne pouvons tout simplement pas effectuer des mesures de position (ou d'autres mesures "dans quel sens") aux deux fentes et nous attendons à ce qu'elles donnent le résultat impossible de la séparation de la particule en deux.Mais si vous regardez des configurations plus sophistiquées comme les gommes quantiques, il y a certainement une interaction avec la particule au niveau des deux fentes - il suffit de configurer soigneusement pour ne pas détruire le motif d'interférence, et donc pas obtenir d'informations de sens utilisables.

Nous avons déjà eu beaucoup de réponses (car ce problème les invite), mais permettez-moi de vous proposer une autre façon d’y réfléchir. (Pour autant que je sache, ceci est l ' interprétation de la mécanique quantique qui se rapproche le plus du point que je vais faire. Comme @PedroA le note ci-dessous, ce qui suit dépend de l'interprétation. )

Si le photon traverse réellement les deux fentes (en même temps), alors pourquoi ne pouvons-nous pas le détecter aux deux fentes (en même temps)?

Je pense que vous imaginez que nous, en tant que scientifiques avec notre détecteur, sommes un système classique étudiant un système quantique-mécanique séparé. Mais toute l'expérience, y compris le détecteur et quiconque l'inspecte, fait également partie de la configuration de la mécanique quantique. Notre superposition ne concerne pas seulement le photon passant par la fente $ 1 $ et son passage par la fente $ 2 $ ; c'est nous qui détectons l'un et nous détectons l'autre.

Du point de vue de Dieu (s'il y a une telle chose), nous sommes superposés entre l'annonce d'un résultat et l'annonce de l'autre. Nous ne sommes pas en dehors d'un système de mécanique quantique avec une telle vision de Dieu, et donc ne voyons pas l'ensemble de la superposition. Par conséquent, nous ne voyons qu'un seul résultat, pas un peu des deux.

Oui, nous pouvons mais les détecteurs ne doivent pas complètement détruire la cohérence.Sinon, le motif d'interférence disparaîtra.Par exemple, deux filtres de polarisation parallèles ne doivent pas détruire les interférences.

Vous demandez une réponse logique.

La mécanique quantique n'a pas été conçue pour avoir un sens. Il a été conçu pour obtenir des réponses correctes. Vous ne pouvez pas vous attendre à ce que cela ait un sens. Ce n'est pas à ça que ça sert.

Si vous voulez une histoire qui a du sens (mais qui pourrait être fausse), voici une: la lumière voyageant dans l'espace se comporte exactement comme une vague. Il n'y a aucun problème avec une onde traversant deux fentes en même temps. Cela disparaît.

Nos méthodes de détection de la lumière sont toutes des méthodes quantifiées. La lumière change un cristal sur un film photographique. Ou il déclenche un tube photomultiplicateur. Etc. Ils donnent tous une détection quantifiée. Si vous voulez qu'un détecteur vous dise l'amplitude de l'onde, vous avez besoin de quelque chose qui prendra tellement de mesures quantifiées qu'elles en moyenne à quelque chose qui semble continu.

Étant donné que les mesures sont quantifiées, bien sûr QM prédira les résultats quantifiés. C'est ce qu'il doit faire s'il veut obtenir des réponses correctes. Il obtiendra des réponses compatibles avec les données.

Il peut y avoir des bizarreries dans la façon dont la lumière interagit avec les atomes. Ceux-ci affecteront les données. Mais il n'y a pas de bizarreries connues concernant la lumière voyageant dans l'espace, tout cela est entièrement compatible avec la lumière voyageant comme une onde.

QED consiste en partie à décrire la lumière comme des particules quantiques qui se comportent exactement comme des ondes. Il y a beaucoup d'ondulations sur les fonctions de probabilité, etc. Il est plus simple et plus facile de la décrire comme une vague, mais QED obtient aussi les bonnes réponses mesurées.

Le photon peut-il être détecté aux deux fentes, bien sûr que non, il ne peut même pas être détecté à une fente ... il n'est détecté que lorsque l'énergie du champ EM s'effondre et excite un électron ... la science aujourd'hui ne peut pas détecterquand un photon passe près d'un électron (dans une fente) et le perturbe peut-être d'une manière ou d'une autre.Alors pourquoi vous souciez-vous même de savoir si un photon passe à travers une fente ou une autre?... vous vous souciez parce que parce que vous essayez d'expliquer ce motif mystérieux qui apparaît à l'écran et qu'on vous a dit qu'il était dû à une «interférence».Historiquement, il a été décrit comme un motif "d'interférence" parce que le motif ressemblait beaucoup à une interférence d'onde d'eau.(Et bien sûr, c'est la base de la nature ondulatoire de la lumière décrite.) Vous croyez à cette explication, mais elle nécessite que l'énergie passe dans les deux fentes afin d'interférer géométriquement et c'est là que les choses deviennent très confuses.

Mais il y a 2 aspects dont vous devriez être conscient dans la pensée moderne, 1) les chemins autorisés par Feynman et 2) la fonction d'onde photonique. 1) Feynman a attaqué le même problème que vous attaquez, et sa preuve finale était que les photons devaient voyager n fois un multiple de leur longueur d'onde ... tout comme la longueur d'une corde de guitare ne peut jouer qu'une note (ou fréquence) et aussi un peu comme une cavité laser où si les dimensions ne sont pas correctes, les photons ne pourront pas se propager dans le chemin souhaité. (Notez que l'explication de Feynman rend également compte des observations dans les expériences de photon unique.) 2) lorsque John Renee met en évidence le photon est délocalisé et il exprime même que le photon comme une sphère floue, c'est la fonction d'onde de photon décrite en mots. Pour pousser la description plus loin, nous pouvons dire que la sphère devient de plus en plus grande à la vitesse de la lumière jusqu'à ce que l'atome «récepteur» soit trouvé et décide (par probabilité et QM) qu'il prendra toute l'énergie. À son point, la sphère s'effondre et toute l'énergie se dirige vers l'atome "récepteur". On pourrait peut-être affirmer que la sphère floue était un gros photon virtuel sans énergie et que le vrai photon est l'endroit où toute l'énergie va et prend le meilleur chemin vers l'atome récepteur, qui sait.

Feynman a montré que le photon n'a pas besoin de passer par 2 fentes pour avoir une onde comme la propriété "d'interférence", il a montré que la lumière est une onde car elle se déplace sur des chemins harmoniques, c'est-à-dire que le chemin parcouru dépend sur l'énergie / longueur d'onde des photons. La fonction d'onde photonique (John Rennie) nous dit que le photon cherche partout un chemin ... et finit par s'effondrer en un seul atome / électron. Donc en conclusion je dirais que les deux réponses sont correctes ... ça passe par 1 fente et les deux fentes !! ... mais il est indétectable jusqu'à l'écran.

Premier essai: nous savons tous que si nous ne bloquons qu'une seule fente, elle ne traversera certainement qu'une seule d'entre elles.

La seule chose que vous pouvez faire pour savoir que d'une certaine manière, on peut postuler qu'un photon passe par différentes fentes à un moment donné est de débloquer la deuxième fente.

Si vous détectez et apprenez qu'il a dépassé les fentes, vous venez de provoquer une décohérence et elle n'est plus superposée.

Vous pouvez en devenir plus fou mais ce n'est pas nécessaire. Vous n'obtiendrez pas plus de preuves que l'apparence du motif d'interférence, c'est beaucoup en faveur de ce que vous voulez prouver qu'il se passe dans la réalité :)

P.S:

Vous n'avez pas besoin de mesurer. Vous pouvez avoir une période arbitrairement longue entre chaque photon émis, et revenir des années plus tard pour trouver un nuage de points qui converge vers un motif d'interférence sur l'écran. Avant que le temps ne s'écoule pour que le mod au carré atteigne réellement l'écran, il n'interagira pas (avec de l'air mince). Une fois qu'il atteint l'écran, une interaction se produira conformément à l'attente de fonctionnement du mod au carré.

Le photon passe par les deux fentes

Gardez à l'esprit que ce n'est vraiment que l'approximation la plus proche de ce qui se passe pour lequel nous avons un langage. Rien ne peut exister à deux endroits à la fois, et QM n'y change rien.

Cependant, il fait certaines choses avec probabilité et incertitude que nous ne pouvons vraiment décrire que comme "totalement bizarres".

À mon avis très humble, la meilleure façon de le penser est comme une forme d'onde de probabilité elle-même voyageant - un peu comme n'importe quelle autre vague. Vous pouvez par exemple calculer qu'il a 50 à 50% de chances de passer par l'une ou l'autre des fentes. Ensuite, après les fentes, les ondes de probabilité interfèrent et créent le diagramme d'interférence connu.

Si vous mesurez le photon à la place, c'est comme si vous l'aviez émis depuis cet endroit spécifique (puisque vous savez où se trouve le photon et que vous n'avez plus de forme d'onde), créant ainsi une simple distribution normale.

Notez que ce n'est PAS plus précis que de dire que c'est à deux endroits à la fois (pour autant que je sache, au moins.). Mais c'est une façon d'y penser qui produit une image mentale qui est fondamentalement aussi précise.

Si le photon traverse réellement les deux fentes (en même temps), alors pourquoi ne pouvons-nous pas le détecter aux deux fentes (en même temps)?

Si vous prenez au sérieux la théorie des nombreux chemins de Feynman (intégrale de chemin) de QM utilisée dans la théorie quantique des champs, il est prouvé que la particule ne passe pas seulement par les deux fentes, mais qu'elle emprunte en fait tous les chemins possibles. Cela signifie qu'une partie de son "chemin" comprend le fait de faire le tour du soleil, puis de Jupiter, et de retourner sur terre pour faire un blip sur un écran. Prenez tous les autres chemins possibles auxquels vous pouvez penser, additionnez-les, et c'est le "chemin" des particules. En ce sens, un chemin défini est une idée très classique.

Pensez plutôt aux probabilités d'être à différents endroits.

Modifions votre expérience de pensée et réfléchissons à ce qui se passe si nous mettons 1 détecteur derrière la fente gauche. Dès que ce détecteur est ajouté, les motifs d'interférence disparaissent. Nous obtenons des résultats classiques (peut-être une seule fente, je ne suis pas sûr) à la fois dans notre détecteur et dans notre toile d'origine qui capture le côté droit. Dès que nous essayons même de détecter par quelle fente elle passe, QM revient aux résultats classiques qui donnent des réponses concrètes de quel côté la particule est passée. À ce moment-là, il n'est pas passé par les deux, il en a traversé une comme une particule classique.

Quant à savoir pourquoi, nous ne savons pas vraiment. Voir ici pour une expérience récente qui tente de répondre à cela. https://phys.org/news/2011-01-which-way-detector-mystery-double-slit.html

La mécanique quantique est un outil pour répondre aux questions. Vous lui posez une question en mettant en place une expérience et en effectuant une mesure. Il répond à cette question, et à cette question uniquement.

Si vous configurez une source de lumière, deux fentes et un écran et que vous observez les flashs sur l'écran, la question que vous vous posez est: «Comment la probabilité d'une arrivée de photons dépend-elle de la position sur l'écran? ». Répétez avec suffisamment de photons et un motif s’accumule sur l’écran.

Cette configuration ne peut rien vous dire sur le chemin du photon de la source lumineuse à l'écran, ou si le photon existe même entre eux. Si vous voulez étudier le chemin, vous créez une expérience différente avec des écrans le long du chemin qui, selon vous, pourraient être impliqués, et s'il y a des flashs, vous aurez une réponse à «était-ce là?». Ce que vous n'aurez pas, c'est un motif d'interférence sur l'écran, car c'était une expérience différente, sans les écrans intermédiaires, une question différente.

Pourquoi QM ne répond-il pas où il se trouve à tout moment? On ne sait pas. Nous avons seulement été assez intelligents jusqu'à présent pour créer une théorie qui vous dit ce qui se passe lors de la mesure. C'est une bonne théorie, cela fonctionne extraordinairement bien, à quoi cela fonctionne.

Y a-t-il la probabilité d'une théorie plus approfondie qui puisse vous dire ce qui se passe avant une mesure? Je ne sais pas. Je suis plutôt intrigué par le monde événementiel de Lee Smolin où le temps est réel, mais la distance est un phénomène émergent, ce qui explique l'enchevêtrement d'une manière assez époustouflante.

Si le photon traverse réellement les deux fentes (en même temps), alors pourquoi ne pouvons-nous pas le détecter aux deux fentes (en même temps)?

Le photon "traverse les deux fentes" n'est pas vraiment une description avec laquelle je suis à l'aise.Un photon est un potentiel quantifié pour provoquer un effet.Son existence spatiale est descriptible sous la forme / fonction d'une onde soumise au montage à double fente.Cette fonction d'onde est spatialement étalée, mais elle ne peut provoquer qu'un seul effet quantifié dans son domaine.

Donc, fondamentalement, la nature des particules quantiques peut être décrite par des fonctions d'onde mais leurs interactions sont discrètes: l'onde interagit dans son ensemble ou pas du tout.

Toute "détection" reposera sur un effet, et avoir un effet utilise le photon.

Photon passe par une glissade, sa fonction d'onde passe par les deux.