Si consideramos la luz como una colección de pequeñas partículas, podemos decir que la luz más tenue tiene sus fotones más dispersos.
Pero si miramos la luz como una onda, entonces no hay espacios a menos que se coloquen allí específicamente a propósito.
Entonces, ¿cómo se puede interpretar la formación de espacios entre los fotones?
La resolución, tal como es, radica en las ideas de la función de onda de una partícula y la naturaleza probabilística de la medición.
Se puede pensar que cada fotón tiene una función de onda que se propaga hacia afuera desde la fuente de luz. A medida que esta función de onda se expande, su amplitud disminuye, tal como lo haría una onda clásica.
Sin embargo, las leyes de la mecánica cuántica dicen que esta función de onda determina la probabilidad de detectar el fotón en cualquier lugar en particular. Específicamente, la probabilidad de medir la partícula cerca de cualquier punto es proporcional al cuadrado de la magnitud de la función de onda en ese punto. Esto significa que es mucho menos probable que detectemos un fotón a (digamos) 1 mm de un punto a 100 años luz de la fuente que a 1 mm de un punto a 1 año luz de la fuente. Sin embargo, estadísticamente, si detectamos una gran cantidad de fotones, todos emitidos desde la fuente de la misma manera, se distribuirán uniformemente sobre la esfera. Por lo tanto, la cantidad de energía luminosa se distribuye uniformemente sobre la esfera, tal como esperaríamos clásicamente.
Un fotón normalmente tiene una extensión espacial definible (aunque no fácilmente medible). Véase, por ejemplo, Holograma de fotón único , que describe una forma en que se puede medir la extensión espacial (y temporal), siempre que tengamos acceso a muchos fotones idénticos. Debido a que la velocidad de la luz es la misma para todas las frecuencias/longitudes de onda, un fotón que se propaga en el vacío no puede dispersarse en su dirección de propagación. Sin embargo, definitivamente se propaga en direcciones perpendiculares a su dirección de propagación. Para saber si los fotones de una fuente pueden empezar superponiéndose pero a cierta distancia ya no se superponen, sería necesario conocer los detalles de la fuente y su tamaño.
Nota: "superposición" es un concepto confuso en este contexto. Si se pudiera dibujar una superficie de contorno alrededor del fotón de modo que la superficie encerrara un volumen que contuviera, digamos, el 99,99 % de la probabilidad de que el fotón esté presente, entonces podríamos, por ejemplo, acordar fingir que la parte de la función de onda fuera del volumen no existe, y estoy de acuerdo en que, en algunos casos, los fotones no se superpondrán. Sin embargo, la función de onda de un fotón libre tiene un valor al menos extremadamente pequeño pero finito en todas partes, por lo que en un sentido absoluto todos los fotones de la fuente se superpondrán (aunque es probable que ningún experimento pueda probarlo).
Cuando la intensidad de la luz se debilita, el carácter estadístico de la luz se vuelve evidente. Los campos clásicos describen la intensidad promedio, pero a baja intensidad verá cada vez más fluctuaciones de intensidad sobre este promedio. Este fenómeno se denomina ruido de disparo de fotones . Si, por ejemplo, su detector detecta una intensidad correspondiente a 10.000 fotones durante su tiempo de integración, entonces la intensidad seguirá una distribución gaussiana con una desviación estándar de 100 o 1%. A números de fotones aún más bajos se aplican las estadísticas de poisson. Esto es cierto para una fuente incoherente como la estrella que mencionaste o una bombilla clásica. Se podría decir que entre las detecciones de fotones individuales hay espacios que muestran una variación de longitud aleatoria.
usuario4552
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