¿Cuál es la extensión espacial de un solo fotón?

Sí, en realidad. Un fotón de una energía dada no es una partícula en el espacio físico, es una partícula en el espacio de cantidad de movimiento, lo que significa que tiene una cantidad de movimiento definida y exacta de la misma manera que una partícula en el espacio físico tiene una posición definida y exacta. La excitación de tal partícula se puede escribir como:

dónde$\bf{k}$es el vector de onda y$\omega$es la frecuencia angular. Tal fotón tiene energía.$\hbar\omega$y el impulso$\hbar \bf{k}$. Se puede ver por inspección que la extensión espacial de tal "partícula" es todo el espacio. Cuando hacemos la teoría cuántica de campos, generalmente nos transformamos en una representación de momento porque los campos en su mayoría se desacoplan en esta representación y se vuelven mucho más manejables matemáticamente.

Dado que estas excitaciones tienen que existir en todas partes del universo, tendrían que ser originadas por un proceso que emita durante un período de tiempo infinito. En realidad, esto no sucede y todos los "fotones" en nuestro universo son paquetes de ondas generados por cargas en movimiento. Tal paquete de ondas se puede escribir como la integral sobre una densidad de modos:

Para obtener más información, consulte la página de wikipedia para transformadas de Fourier

El momento de un fotón se calcula por

Esto significa que un fotón puede tener una extensión espacial finita, solo debe tener una incertidumbre asociada con su frecuencia.

Su pensamiento de que un fotón sin incertidumbre de momento debe tener una incertidumbre de posición infinita es correcto. Sin embargo, también se podría decir que un fotón con incertidumbre de frecuencia infinita no tiene incertidumbre de posición.

Pero en el experimento de interferencia, se requiere que los fotones estén al mismo tiempo en la misma posición para interferir.

Esto está mal .

Existen experimentos de interferencia de fotones individuales en los que aparece un patrón de interferencia en la acumulación de fotones.

El fotón es una entidad mecánica cuántica descrita por una función de onda, y la probabilidad de encontrar el fotón cuando se dispersa por las dos rendijas tiene el patrón de interferencia, incluso un fotón a la vez , acumula el patrón de interferencia de la onda de luz que aparece de un confluencia de innumerables fotones. Sus funciones de onda se superponen y aparece el haz clásico y el patrón de interferencia clásico.

Por el principio de incertidumbre, las partículas no se pueden especificar en el espacio y el momento simultáneamente en la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.

Si algo no se puede especificar no significa que no tenga valores exactos. Un fotón es una unidad indivisible que se mueve con c y sigue su trayectoria geodésica.

Un poco más difícil es si el fotón se mueve a través de un campo eléctrico o magnético. Dado que los fotones tienen un componente de campo eléctrico oscilante, así como un momento dipolar magnético oscilante, un fotón está bajo la influencia de este campo. Los componentes del campo de fotones cambian de signo periódicamente y la importancia de cambiar la trayectoria de movimiento rectilíneo a uno ondulante no tiene nada de especial para nosotros. Pero en los materiales marginales (calcit) conduce a la desviación de la luz en dos caminos.

Si los fotones se mueven con c en todos los marcos posibles, ¿cuál es la extensión espacial de un fotón? ¿Significa que está en todas partes en todo el espacio?

Como escribí arriba, los fotones son unidades indivisibles. ¿De que? De energía. Una vez emitidos, le quitan a la partícula emisora ​​cierta cantidad de energía e impulso y pueden dar estos valores a otra partícula durante la absorción.

En la teoría de la mecánica cuántica, los fotones son perturbaciones de un campo electromagnético general existente. Esto conduce a las mismas dificultades en la comprensión, que expresó en la pregunta sobre la dislocación de los fotones en todo el resto del espacio. Veamos si es posible evitar un fotón como dislocación de todo el espacio infinito.

Pero en el experimento de interferencia, se requiere que los fotones estén al mismo tiempo en la misma posición para interferir.

La última pregunta es la razón de sus otros? Como dijo anna v, se realizan experimentos con fotones individuales y después de lanzar fotones uno por uno a través de una doble rendija, la distribución de intensidad bien conocida aparece en una pantalla de observador (un dispositivo electrónico o simplemente una placa fotográfica). ¡Debe subrayarse que el resultado de alguna distribución de intensidad se obtiene tanto para rendijas simples como para bordes simples!

Como dije en la parte superior, un material bifranjas es capaz de dividir un haz de luz en dos haces y esto sucede debido a los componentes del campo eléctrico y magnético de los fotones. Pero una interacción -como decía la expresión- siempre tiene dos jugadores. El segundo jugador en nuestro caso son los electrones de la superficie del obstáculo involucrado. Entonces, las distribuciones de intensidad detrás de los bordes son el resultado del campo común y cuantificado entre los fotones y los electrones de la superficie de los bordes. Este punto de vista resuelve muchas dificultades.

Para la pregunta del titular sobre el tamaño de un fotón, consulte ¿Cómo varía el tamaño del campo magnético con la longitud de onda de un fotón? .