home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / physics / 19092 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-17  |  9.2 KB

  1. Path: sparky!uunet!gumby!destroyer!cs.ubc.ca!unixg.ubc.ca!ramsay
  2. From: ramsay@unixg.ubc.ca (Keith Ramsay)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: Ramsay's objections to Sarfatti's FTL expt.
  5. Date: 18 Nov 1992 00:44:03 GMT
  6. Organization: University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada
  7. Lines: 215
  8. Message-ID: <1ec3kjINNhl7@iskut.ucs.ubc.ca>
  9. References: <Bxtu21.GEL@well.sf.ca.us>
  10. NNTP-Posting-Host: unixg.ubc.ca
  11. Summary: Sarfatti objected to his own notation-- which was correct.
  12.  
  13. I asked:
  14. |What exactly is it that you are saying is invalid about the notation
  15. |you've been using?  Why was it a mistake for you to represent the
  16. |action of the phase plate upon the "A" photon as a unitary operator
  17. |U(1/2) (which you now replace with two operators)?
  18.  
  19. In article <BxqM80.KDw@well.sf.ca.us> sarfatti@well.sf.ca.us
  20. (Jack Sarfatti) writes:
  21. |Because physically there are different pieces of equipment in the two
  22. |paths. Each piece is represented by a local unitary operator.
  23.  
  24. I replied:
  25. |This is not very much of an explanation.
  26.  
  27. In article <Bxtu21.GEL@well.sf.ca.us> sarfatti@well.sf.ca.us 
  28. (Jack Sarfatti) writes:
  29. |*Of course it is.*
  30.  
  31. And later:
  32. |*Then you tell me. How would you do it? How do you describe:
  33. |1. action of a variable phase plate on a one-photon ket.
  34. |2. action of a half-wave plate on a one-photon ket.*
  35.  
  36. This is silly, Sarfatti. There *is* no problem with the way you were
  37. representing the action of the phase plate as a unitary operator. The
  38. two pieces of equipment can be represented by two operators, each
  39. acting on the state of the photon. That agrees with quantum mechanics.
  40. The reason you changed the notation is that it was starting to become
  41. too clear, and the result wasn't agreeing with your claims about it.
  42.  
  43. I wrote:
  44. |Suppose we consider just the transmitter end of the apparatus, and
  45. |"feed" it a photon in prepared in a state z1|a,+>+z2|a,->, where
  46. ||z1|^2+|z2|^2=1 for normalization. You have the `+' polarized state
  47. ||a,+> evolve into |a,e,+> and the `-' state evolve into a state
  48. ||a,o,+> (by separating it off and changing its polarization).
  49.  
  50. Sarfatti:
  51. |*OK*
  52.  
  53. I:
  54. |The bracket of this evolved state z1|a,e,+> + z2|a,o,+> with itself is
  55. |
  56. |        |z1|^2 <a,e,+|a,e,+> + |z2|^2 <a,o,+|a,o,+>
  57. |        z1z2*  <a,e,+|a,o,+> + z2zq*  <a,o,+|a,e,+>
  58. |
  59. |       =  1 + 2 Re{ z1 z2* <a,e,+|a,o,+>}.
  60.  
  61. Sarfatti:
  62. |*OK*
  63.  
  64. I:
  65. |Now, this evolved state represents a state of the photon, so it has to
  66. |be normalized: the above has to be 1. The only way to do this for all
  67.                                                                -------
  68. |relevant choices of z1 and z2 is for <a,e,+|a,o,+> = 0. Any other
  69.  -----------------------------
  70. |assumed value of that bracket yields real problems.
  71.  
  72. Sarfatti:
  73. |*Mathematically false, Ramsay! Yes,as I wrote several times already:
  74. |
  75. |<a,e,+|a,o,+> = 0 is a sufficient condition but not necessary! Another
  76. |possible solution is:
  77. |
  78. |Re{ z1 z2* <a,e,+|a,o,+>} = 0
  79. |
  80. |that is,
  81. |
  82. |argz1 - argz2 + arg<a,e,+|a,o,+> = pi/2
  83. |
  84. |IF we are dealing with a one-photon coherent superposition. However, and
  85. |this is crucial - in the actual problem of quantum connection communication
  86. |we are not dealing with a one-photon coherent superposition but with an
  87. |initially entangled photon-pair - this makes an enormous difference in the
  88. |mathematics!
  89.  
  90. In another article:
  91. |I forgot to add on your remark "for all relevant choices" - that only
  92. |applies to one-photon problem, not at all relavant to actual photon
  93. |pair problem, as I show in detail above. 
  94.  
  95. If your method of calculation were correct, it would be possible to
  96. apply it to any prepared state of the photon, for the given
  97. experimental set-up. It would be possible to apply it to the simpler
  98. cases, where the photon states are not "entangled". If you're going to
  99. talk about states such as
  100.  
  101.     |a,b> = [|a,e,+>|b,e,+> + |a,o,->|b,o,->}/sqrt2
  102.  
  103. Then you'd better be able to talk about such a state as
  104.  
  105.     |a,b> = |a,e,+> [ z1 |b,e,+> + z2 |b,o,-> ]
  106.            +|a,o,-> [ z3 |b,e,+> + z4 |b,o,-> ],
  107.  
  108. where normalization requires |z1|^2+|z2|^2+|z3|^2+|z4|^2=1.
  109.  
  110. If z3=z4=0, then this reduces to a state of two unentangled photons.
  111. If z1=z2=0, likewise. You *must* be able to deal with those cases too,
  112. and have the operators involved apply unitarily. It's simple raw
  113. nonsense to deny it.
  114.  
  115. |Also, even for one-photon
  116. |problem - the formal "all possible choices" suppose a kind of gauge
  117. |symmetry which may or may not be physically correct. It has to be tested.
  118.  
  119. Standard quantum theory says that states can be superposed freely--
  120. deny it if you like, but quit pretending that the result conforms to
  121. anyone's theory other than the one of your own invention.
  122.  
  123. |For example, in one-photon case, send |a,e,+> and |a,o,+> through a
  124. |beam recombiner with two counters getting each of the two output
  125. |interferograms - if "fringes" are seen in the count rates, then your
  126. |remark <a,e,+|a,o,+> = 0 is disproved experimentally in the one-photon
  127. |problem! I'll show this in detail later.
  128.  
  129. I'll be waiting to see your attempt.
  130.  
  131. |*What you say here is all wrong for reasons I just gave.  What do you mean
  132. |by "one component"? Do you mean the one-photon problem which is physically
  133. |irrelevant. Do you mean putting only e beam thorugh -blocking off o beam?
  134. |You seem to ignore the "wholistic" nature of quantum mechanics - changing
  135. |the conditions of an experiment changes the experiment as Bohr stressed. I
  136. |think, Ramsay, you are arguing aganst my model by comparing apples to
  137. |oranges.*
  138.  
  139. One has to be able to talk about the action of the operators on the
  140. *whole* state-space, which means talking about states which you're not
  141. planning to use or see in the experiment. In your calculation, you
  142. also refer to the components-- so it must be acceptable to do so, or
  143. you're up a creek. The superposition principle, which is implicitly
  144. invoked everywhere in the calculation, only can make sense if it is
  145. possible to talk about the components separately.
  146.  
  147. I wrote:
  148. |The only justification you've given for asserting that the states
  149. |describing photons in the two beams, immediately before being detected
  150. |in the detector, have a non-zero bracket with each other is that they
  151. |are detected in the same "spot" roughly.
  152.  
  153. Sarfatti:
  154. |*No that's not the only justification. 1) I gave above a demonstration that
  155. |the math does not require <a,e,+|a,o,+> = 0 in the pair case, not even in
  156. |the one-photon case. 
  157.  
  158. This is not a justification. (1) The claim is wrong: <a,e,+|a,o,+>=0
  159. *is* required. (2) The logic is wrong: showing that something *else*
  160. is not "required" doesn't support the claim that |<a,e,+|a,o,+>|=1. It
  161. has to be supported on its own.
  162.  
  163. |Furthermore, on physical grounds, the kets are simply
  164. |another way to describe Feynman histories, so on physical grounds since the
  165. |polarization distinction is erased by the half-waveplate, and since both
  166. |beams will , either be sent through a recombiner, or detected by one
  167. |counter - clamped so that individual recoils are not detected, the
  168. |amplitudes for the two "indisitinguishable alternatives" add coherently!
  169.  
  170. This is just an elaborate way of saying that they are detected in
  171. roughly the same spot. Just failing to make a measurement doesn't make
  172. the alternatives indistinguishable. There is a continuum of distinct
  173. alternatives, depending upon where the photon ends up when it finally
  174. is detected.
  175.  
  176. Recall your quotes from Isham's paper. 
  177.  
  178. |... and P(A,a) is operator that projects onto the subset a; for example...
  179. |
  180. |P(A,a) = Sum ai in a[|ai><ai|]                     (6.2.5)
  181.  
  182. In your case, "a" is allegedly the whole spectrum of A-- leaving no
  183. photons uncounted at the "transmitter" end. What is P(A,a) in such a
  184. case? It's the identity operator.
  185.  
  186. |If the measurement of A yields a result lying in a, any further predictions
  187. |must be made using the density matrix
  188. |
  189. |p(a) = {P(A,a,t1)p(0)P(A,a,t1)}/tr[P(A,a,t1)p(o)]  (6.2.6)
  190.  
  191. If P(A,a,t1) is the identity, then p(a)=p(0).
  192.  
  193. |"Now let the system evolve until time t2 when a measurement of observable B
  194. |is made..... the probability of finding B in a range b, ...conditional on A
  195. |.. found to be in a at time t1, is
  196. |
  197. |Prob(B in b, t2|A ina,t1;p(0)) = tr(P(B,b,t2)p(a)) (6.2.8)"
  198.  
  199. If p(a)=p(0), then having made the (trivial) observation of A has no
  200. effect upon the likelihood of observing a given value of the
  201. observable B. It's just ridiculous to say that making a trivial
  202. observation, one whose answer you know beforehand, can affect the
  203. result of another observation, by rendering the alternatives
  204. "indistinguishable".
  205.  
  206. I wrote:
  207. |This is still a very handwavy, and incorrect, treatment of the optics. If
  208. |you squint your eyes, the two states arriving in the detector look a lot
  209. |alike. But they are distinguishable by their momenta-- so they couldn't
  210. |possibly be parallel or differ only by a phase.
  211.  
  212. Sarfatti:
  213. |*False! Read Bohr's account of his discussion with Einstein on this very
  214. |question. If the counter is clamped there is no recoil measurement that can
  215. |distinguish different momenta! 
  216.  
  217. As I explained in another post, it is enough that it be possible to
  218. distinguish the states reliably. Of course the actual measurement may
  219. be of momentum, or of point-of-impact, and measuring the one can
  220. prevent one from going back to measure the other. But failing to
  221. measure one or both of them doesn't make the alternatives
  222. "indistinguishable".
  223.  
  224. Write coherently next time, or I'll not reply.
  225.  
  226. Keith Ramsay
  227. ramsay@unixg.ubc.ca
  228.