Cuando la luz se considera solo como una partícula, ¿se sigue considerando que son ondas eléctricas y magnéticas oscilantes?

Efecto puramente cuántico, onda y partícula son, al mismo tiempo, todas aproximadamente correctas (aunque no onda en el sentido de ser como una onda de agua y no partícula en el sentido de una pequeña bola de billar). La idea de "onda a veces" y "partícula a veces" está bastante desactualizada. Así es como me gusta pensar en las cosas.

Hay un objeto fundamental en todo esto: este es el segundo campo EM cuantificado.

Este objeto omnipresente y en todas partes ayuda a definir los comportamientos que presenciamos en nuestro mundo mediante la interacción con los otros campos cuánticos que llenan (y definen) el espacio.

Son las comunicaciones las que son las partículas discretas. Las interacciones del EM y otros campos son generadas por "mensajes" intercambiados entre los campos. Estos "mensajes" los llamamos fotones. Al igual que una llamada telefónica o un paquete de datos a través de Internet, estos mensajes son "discretos". ¡No puedes tener la mitad de una llamada telefónica! Pero, al igual que una llamada telefónica o un paquete de datos, un fotón puede tener diferentes efectos dependiendo de qué modos del segundo campo EM cuantificado lo componen y con qué pesos de superposición en esos modos tiene. Los observables cuánticos definen las distribuciones estadísticas de los resultados de las interacciones que tiene el segundo campo EM cuantificado con los otros campos fundamentales.

Imagine el campo EM en un estado de un fotón: digamos que anteriormente se encontraba en el estado fundamental cuántico y un átomo excitado lo ha irradiado espontáneamente, es decir, envió un mensaje de "un fotón" al estado fundamental EM cuántico único. Luego, los medios de los observables del campo eléctrico y magnético se propagan en el espacio y el tiempo siguiendo precisamente las ecuaciones de Maxwell. Para el estado simple de un fotón, las medias de los observables del campo eléctrico y magnético como funciones de posición y tiempo definen total y únicamente el estado del segundo campo EM cuantificado, de la misma manera que una distribución de probabilidad de Poisson simple está definida únicamente por (pero no es equivalente a) su media.

Así que nuestro segundo campo EM cuantificado tiene una "partícula" en él, y los medios de la$\vec{E}$y$\vec{B}$observables definen totalmente el campo en este estado. Estos medios cumplen las ecuaciones de Maxwell, que son EXACTAMENTE la ecuación de onda relativista para un fotón en el espacio libre. ¡No se puede obtener "más ondulado" que algo cuyos componentes cartesianos cumplan con la ecuación de onda de D'Alembert!

Creo que es por eso que Dirac hizo su famosa declaración "cada fotón interfiere solo consigo mismo" porque, a menos que haya entrelazamiento, predice el comportamiento de un campo clásico haciendo lo mismo para cada fotón e interpretando la densidad de probabilidad como la densidad de energía clásica para los estados fotónicos correspondientes que lo componen. Su declaración no es del todo cierta porque no se sostiene con el presente de enredo. Vea mi respuesta a la pregunta de Physics SE ¿ Cómo podemos interpretar la polarización y la frecuencia cuando estamos tratando con un solo fotón? .

Mi entendimiento es este: la onda es una descripción de la probabilidad de que un fotón aparezca en un lugar y tiempo en particular. Su naturaleza de partícula no se expresa hasta que la función de onda colapsa, cuando un detector la detecta.