¿Cómo sabemos que un fotón tiene alguna forma física antes de observarlo?

La teoría física que describe la interacción con los fotones y la materia es la electrodinámica cuántica (QED).

Por ejemplo, QED describe la interacción de un fotón con un electrón (dispersión Compton). Aquí el fotón se describe por su potencial electromagnético y la onda plana derivada. El cálculo transforma el fotón libre entrante en un fotón libre saliente. El cálculo permite calcular la dirección y la energía del fotón disperso. El resultado está de acuerdo con la observación.

No sabemos qué es realmente un fotón , no tenemos acceso directo al fotón en sí. Un fotón es un modelo. Un modelo de esa partícula elemental que media la interacción electromagnética. La teoría describe el resultado de nuestras observaciones con un alto grado de acuerdo.

Y primero, no hay necesidad de asumir que el fotón se comporta de manera diferente a lo que predice el modelo. En segundo lugar, no existe una teoría concurrente que averigüe cómo se comporta el fotón de una manera diferente cuando no se observa.

Por supuesto, hay varias cuestiones abiertas sobre la interpretación de QED. Y más en general, toda teoría científica es una hipótesis. No sabemos qué observaciones posteriores nos obligarán a cambiar o incluso a abandonar la teoría.

Un fotón es un fotón , una característica de un campo cuántico.

Hablar de "un fotón es a veces una onda ya veces una partícula" no sobre lo que sucede según la mecánica cuántica; estas son descripciones de las aproximaciones clásicas que son capaces de describir algunas características del campo cuántico.

Si bien las palabras pronunciadas se han trasladado a la mecánica cuántica (es decir, el término función de onda y el uso de "partícula" para referirse a las características de los campos), en realidad no significan lo mismo en absoluto.

Con respecto a la epistemología, en un nivel muy abstracto, la forma última del proceso de razonamiento es que toma observaciones como entrada y emite predicciones como salida.

Una forma común de hacer esto es insertar algo en el medio, lo que llamaré modelo. Usamos las observaciones para dar forma al modelo y tomamos predicciones de las características del modelo.

A menudo, a la gente le gusta adoptar la presunción de que lo que está en el medio es el "mundo real" o una buena aproximación del mismo. Tal vez incluso lo sea. Pero en realidad no importa mientras las predicciones que obtengamos coincidan con las observaciones posteriores. Tal vez eso es todo lo que significa que un modelo sea el "mundo real" de todos modos.