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/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / physics / 19118 < prev    next >
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Text File  |  1992-11-17  |  13.8 KB  |  347 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!well!sarfatti
  3. From: sarfatti@well.sf.ca.us (Jack Sarfatti)
  4. Subject: re:Ramsay's confusions on FTL signal expt.
  5. Message-ID: <Bxw9qF.369@well.sf.ca.us>
  6. Sender: news@well.sf.ca.us
  7. Organization: Whole Earth 'Lectronic Link
  8. Date: Wed, 18 Nov 1992 04:27:51 GMT
  9. Lines: 336
  10.  
  11.  
  12. Sarfatti responds to:
  13. Subject: Re: Ramsay's objections to Sarfatti's FTL expt.
  14. Date: 18 Nov 1992 00:44:03 GMT
  15. Organization: University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada
  16. Lines: 215
  17. Message-ID: <1ec3kjINNhl7@iskut.ucs.ubc.ca>
  18. References: <Bxtu21.GEL@well.sf.ca.us>
  19. NNTP-Posting-Host: unixg.ubc.ca
  20. Summary: Sarfatti objected to his own notation-- which was correct.
  21.  
  22. I asked:
  23. |What exactly is it that you are saying is invalid about the notation
  24. |you've been using?  Why was it a mistake for you to represent the
  25. |action of the phase plate upon the "A" photon as a unitary operator
  26. |U(1/2) (which you now replace with two operators)?
  27.  
  28. In article <BxqM80.KDw@well.sf.ca.us> sarfatti@well.sf.ca.us
  29. (Jack Sarfatti) writes:
  30. |Because physically there are different pieces of equipment in the two
  31. |paths. Each piece is represented by a local unitary operator.
  32.  
  33. I replied:
  34. |This is not very much of an explanation.
  35.  
  36. In article <Bxtu21.GEL@well.sf.ca.us> sarfatti@well.sf.ca.us
  37. (Jack Sarfatti) writes:
  38. |*Of course it is.*
  39.  
  40. And later:
  41. |*Then you tell me. How would you do it? How do you describe:
  42. |1. action of a variable phase plate on a one-photon ket.
  43. |2. action of a half-wave plate on a one-photon ket.*
  44.  
  45. This is silly, Sarfatti. There *is* no problem with the way you were
  46. representing the action of the phase plate as a unitary operator. The
  47. two pieces of equipment can be represented by two operators, each
  48. acting on the state of the photon. That agrees with quantum mechanics.
  49. The reason you changed the notation is that it was starting to become
  50. -too clear, and the result wasn't agreeing with your claims about it.
  51.  
  52. I wrote:
  53. |Suppose we consider just the transmitter end of the apparatus, and
  54. |"feed" it a photon in prepared in a state z1|a,+>+z2|a,->, where
  55. ||z1|^2+|z2|^2=1 for normalization. You have the `+' polarized state
  56. ||a,+> evolve into |a,e,+> and the `-' state evolve into a state
  57. ||a,o,+> (by separating it off and changing its polarization).
  58.  
  59. Sarfatti:
  60. |*OK*
  61.  
  62. I:
  63. |The bracket of this evolved state z1|a,e,+> + z2|a,o,+> with itself is
  64. |
  65. |        |z1|^2 <a,e,+|a,e,+> + |z2|^2 <a,o,+|a,o,+>
  66. |        z1z2*  <a,e,+|a,o,+> + z2zq*  <a,o,+|a,e,+>
  67. |
  68. |       =  1 + 2 Re{ z1 z2* <a,e,+|a,o,+>}.
  69.  
  70. Sarfatti:
  71. |*OK*
  72.  
  73.  I:
  74. |Now, this evolved state represents a state of the photon, so it has to
  75. |be normalized: the above has to be 1. The only way to do this for all
  76.                                                                -------
  77. |relevant choices of z1 and z2 is for <a,e,+|a,o,+> = 0. Any other
  78.  -----------------------------
  79. |assumed value of that bracket yields real problems.
  80.  
  81. Sarfatti:
  82. |*Mathematically false, Ramsay! Yes,as I wrote several times already:
  83. |
  84. |<a,e,+|a,o,+> = 0 is a sufficient condition but not necessary! Another
  85. |possible solution is:
  86. |
  87. |Re{ z1 z2* <a,e,+|a,o,+>} = 0
  88. |
  89. |that is,
  90. |
  91. |argz1 - argz2 + arg<a,e,+|a,o,+> = pi/2
  92. |
  93. |IF we are dealing with a one-photon coherent superposition. However, and
  94. |this is crucial -in the actual problem of quantum connection communication
  95. |we are not dealing with a one-photon coherent superposition but with an
  96. |initially entangled photon-pair - this makes an enormous difference in the
  97. |mathematics!
  98.  
  99. In another article:
  100. |I forgot to add on your remark "for all relevant choices" - that only
  101. |applies to one-photon problem, not at all relavant to actual photon
  102. |pair problem, as I show in detail above.
  103.  
  104. If your method of calculation were correct, it would be possible to
  105. apply it to any prepared state of the photon, for the given
  106. experimental set-up. It would be possible to apply it to the simpler
  107. cases, where the photon states are not "entangled". If you're going to
  108. talk about states such as
  109.  
  110.     |a,b> = [|a,e,+>|b,e,+> + |a,o,->|b,o,->}/sqrt2
  111.  
  112. Then you'd better be able to talk about such a state as
  113.  
  114.     |a,b> = |a,e,+> [ z1 |b,e,+> + z2 |b,o,-> ]
  115.            +|a,o,-> [ z3 |b,e,+> + z4 |b,o,-> ],
  116.  
  117. where normalization requires |z1|^2+|z2|^2+|z3|^2+|z4|^2=1.
  118.  
  119. If z3=z4=0, then this reduces to a state of two unentangled photons.
  120. If z1=z2=0, likewise. You *must* be able to deal with those cases too,
  121. and have the operators involved apply unitarily. It's simple raw
  122. nonsense to deny it.
  123.  
  124. *I don't deny it. What point are you trying to make. This appears to be
  125. irrelevant rambling.*
  126.  
  127. |Also, even for one-photon
  128. |problem - the formal "all possible choices" suppose a kind of gauge
  129. |symmetry which may or may not be physically correct. It has to be tested.
  130.  
  131. Standard quantum theory says that states can be superposed freely--
  132. deny it if you like, but quit pretending that the result conforms to
  133. anyone's theory other than the one of your own invention.
  134.  
  135. *I don't deny it. There is no reason why, in the one-photon problem with
  136. zero connection that arg<a,e,+|a,o,+> cannot be different for every
  137. different superposition in order to preserve unitarity. Why do you
  138. automatically assume invariance of arg<a,e,+|a,o,+> - what law of physics
  139. requires such invariance?*
  140.  
  141. |For example, in one-photon case, send |a,e,+> and |a,o,+> through a
  142. |beam recombiner with two counters getting each of the two output
  143. |interferograms - if "fringes" are seen in the count rates, then your
  144. |remark <a,e,+|a,o,+> = 0 is disproved experimentally in the one-photon
  145. |problem! I'll show this in detail later.
  146.  
  147. I'll be waiting to see your attempt.
  148.  
  149. *OK:
  150.  
  151. |psi> = [|a,e,+> + |a,o,->]/sqrt2
  152.  
  153. |psi>' = U(e,phi)U(o,1/2)|psi> = [e^iphi|a,e,+> + |a,o,+>]/sqrt2
  154.  
  155. We are using a Mach-Zehnder interferometer, so |psi> is sent to a beam
  156. splitter giving
  157.  
  158. |psi>'' = U(splitter)|psi>' = {[e^i(phi+argr) + e^iargt]|a,1>
  159.  
  160.                               + [e^i(phi+argt) + e^iargr]|a,2>}/2
  161.  
  162. The responses of the two counters 1 and 2 are
  163.  
  164. p(1) = |<a,1|psi>''|^2 = [1 + cos(phi + argr - argt)]/2
  165.  
  166.      = [1 + cos(phi + pi/2)]/2 = [1 - sin(phi)]/2
  167.  
  168.  
  169. p(2) = |<a,2|psi>''|^2 = [1 + cos(phi + argt - argr)]/2
  170.  
  171.      = [1 + cos(phi - pi/2)]/2 = [1 + sin(phi)]/2
  172.  
  173. so, now, Ramsy, if your argument was right we would have to conclude that
  174. phi was a random variable so that <sin(phi)> = 0 and "fringes" would never
  175. be seen.
  176.  
  177. AHA! I think I understand your confusion - your physical confusion! You
  178. keep referring to f(x) and g(x) in double slit experiment! The difference
  179. is that here, in the Mach-Zehnder x is phi! so that f(phi) and g(phi) - and
  180. summing over different x is like resetting the phase plate phi and summing.
  181. But, in one double slit experiment we see many x all at once. This is
  182. different from a Mach-Zehnder in each experiment we see only one phi - not
  183. all phi over 2pi. That is why
  184.  
  185. p(1) + p(2) = 1 for a fixed phi! We do not need to integrate over phi to
  186. conserve probability. True, there is an analogy between 2-slit and Mach-
  187. Zehnder but you are garbling the analogy. In the Mach-Zehnder you pick a
  188. fixed phi by setting the phase plate - then you detect relative count rates
  189. of the two detectors. Then, you re-set the phase plate, measure count rates
  190. again, and so on until you cover 2pi. Doing all those separate MZ runs (all
  191. phi) is equivalent to looking at entire screen (all x) in 2-slit. An
  192. ensemble of MZ experiment is equivalent to one 2-slit experiment. This is
  193. the seat of the miscommunication between us.*
  194.  
  195.  
  196. |*What you say here is all wrong for reasons I just gave.  What do you mean
  197. |by "one component"? Do you mean the one-photon problem which is physically
  198. |irrelevant. Do you mean putting only e beam thorugh -blocking off o beam?
  199. |You seem to ignore the "wholistic" nature of quantum mechanics - changing
  200. |the conditions of an experiment changes the experiment as Bohr stressed. I
  201. |think, Ramsay, you are arguing aganst my model by comparing apples to
  202. |oranges.*
  203.  
  204. One has to be able to talk about the action of the operators on the
  205. *whole* state-space,
  206.  
  207. *Yes, but that does not mean that the result of the action of the operators
  208. is the same on all states of the state space. In particular the result of
  209. the action of U(e,phase plate)U(o,1/2 wave plate) on z1|a,e,+> + z2|a,o,->
  210. is not the same as its result on [|a,e,+>|b,e,+> + |a,o,->|b,o.->}/sqrt2.*
  211.  
  212. which means talking about states which you're not planning to use or see in
  213. the experiment.
  214.  
  215. *May be so, but these unused states do not influence results of my
  216. experiment.*
  217.  
  218.  
  219. In your calculation, you
  220. also refer to the components-- so it must be acceptable to do so, or
  221. you're up a creek. The superposition principle, which is implicitly
  222. invoked everywhere in the calculation, only can make sense if it is
  223. possible to talk about the components separately.
  224.  
  225. I wrote:
  226. |The only justification you've given for asserting that the states
  227. |describing photons in the two beams, immediately before being detected
  228. |in the detector, have a non-zero bracket with each other is that they
  229. |are detected in the same "spot" roughly.
  230.  
  231. Sarfatti:
  232. |*No that's not the only justification. 1) I gave above a demonstration
  233. that
  234. |the math does not require <a,e,+|a,o,+> = 0 in the pair case, not even in
  235. |the one-photon case.
  236.  
  237. This is not a justification. (1) The claim is wrong: <a,e,+|a,o,+>=0
  238. *is* required.
  239.  
  240. *Why? You just can't claim it without reason. You have given no reason.
  241. Even your argument for one-photon superposition is not mathematically
  242. correct, and even if it were, you cannot apply it to the two-photon
  243. problem. Your argument here, Ramsay, is irrational, not at all demanded by
  244. the principles of standard quantum mechanics.*
  245.  
  246. (2) The logic is wrong: showing that something *else*
  247. is not "required" doesn't support the claim that |<a,e,+|a,o,+>|=1. It
  248. has to be supported on its own.
  249.  
  250. * It is supported by simple physical reasoning using Feynman histories
  251. approach. First, the half-wave plate erases the polarization distinction
  252. between the two paths, and the recombination of the paths erases the space
  253. distinction. Therefore, there is interference between the two corresponding
  254. pair amplitudes detectable locally for photon b, though not for photon a.*
  255.  
  256. |Furthermore, on physical grounds, the kets are simply
  257. |another way to describe Feynman histories, so on physical grounds since
  258. the
  259. |polarization distinction is erased by the half-waveplate, and since both
  260. |beams will , either be sent through a recombiner, or detected by one
  261. |counter - clamped so that individual recoils are not detected, the
  262. |amplitudes for the two "indisitinguishable alternatives" add coherently!
  263.  
  264. This is just an elaborate way of saying that they are detected in
  265. roughly the same spot. Just failing to make a measurement doesn't make
  266. the alternatives indistinguishable. There is a continuum of distinct
  267. alternatives, depending upon where the photon ends up when it finally
  268. is detected.
  269.  
  270. *We keep going round in circles. Where else is the photon detected? There
  271. is only one counter. It is detected in that counter. Are you talking about
  272. summing over different points of surface of counter? If so, that will not
  273. destroy the phase information - if it did, then Wheeler's "delayed choice"
  274. experiment would not work either.
  275.  
  276. Recall your quotes from Isham's paper.
  277.  
  278. |... and P(A,a) is operator that projects onto the subset a; for example...
  279. |
  280. |P(A,a) = Sum ai in a[|ai><ai|]                     (6.2.5)
  281.  
  282. In your case, "a" is allegedly the whole spectrum of A-- leaving no
  283. photons uncounted at the "transmitter" end. What is P(A,a) in such a
  284. case? It's the identity operator.
  285.  
  286. |If the measurement of A yields a result lying in a, any further
  287. predictions
  288. |must be made using the density matrix
  289. |
  290. |p(a) = {P(A,a,t1)p(0)P(A,a,t1)}/tr[P(A,a,t1)p(o)]  (6.2.6)
  291.  
  292. If P(A,a,t1) is the identity, then p(a)=p(0).
  293.  
  294. |"Now let the system evolve until time t2 when a measurement of observable
  295. B
  296. |is made..... the probability of finding B in a range b, ...conditional on
  297. A
  298. |.. found to be in a at time t1, is
  299. |
  300. |Prob(B in b, t2|A ina,t1;p(0)) = tr(P(B,b,t2)p(a)) (6.2.8)"
  301.  
  302. If p(a)=p(0), then having made the (trivial) observation of A has no
  303. effect upon the likelihood of observing a given value of the
  304. observable B. It's just ridiculous to say that making a trivial
  305. observation, one whose answer you know beforehand, can affect the
  306. result of another observation, by rendering the alternatives
  307. "indistinguishable".
  308.  
  309. I wrote:
  310. |This is still a very handwavy, and incorrect, treatment of the optics. If
  311. |you squint your eyes, the two states arriving in the detector look a lot
  312. |alike. But they are distinguishable by their momenta-- so they couldn't
  313. |possibly be parallel or differ only by a phase.
  314.  
  315. Sarfatti:
  316. |*False! Read Bohr's account of his discussion with Einstein on this very
  317. |question. If the counter is clamped there is no recoil measurement that
  318. can
  319. |distinguish different momenta!
  320.  
  321. As I explained in another post, it is enough that it be possible to
  322. distinguish the states reliably.
  323.  
  324. *But, I say it is not possible. Why do you say it is possible?*
  325.  
  326.  
  327. Of course the actual measurement may be of momentum, or of point-of-impact,
  328. and measuring the one can prevent one from going back to measure the other.
  329. But failing to measure one or both of them doesn't make the alternatives
  330. "indistinguishable".
  331.  
  332. Write coherently next time, or I'll not reply.
  333. *I ask you to do the same.*
  334.  
  335. PS on the density matrix formalism proof of no-go FTL - the key is
  336. sum(a) - yes in a two slit experiment where a = x position on screen
  337. each two slit experiment sums over all x. this is very different from
  338. a Mach-Zehnder type experiment in which each experiment is for a fixed phi
  339. (now a is pectrum of phi) - the sum over phi is for an ensemble of MZ expts.
  340. Therefore, the density matrix proof is the right answer to the wrong
  341. question. Yes, if one uses a pair photon version of Mach-Zehnder - which I
  342. do-
  343. then for a fixed phi at transmitter one will get phi dependent responses
  344. at the receiver - if averages the data over all phi one will erase the
  345. signal - but that is a stupid unnecessary thing to do/ You can garble any
  346. signal if you're stupid.
  347.