Cuando los fotones nos alcanzan, ¿qué nos sucede exactamente a nosotros ya ese fotón?

Sí, los fotones realmente te alcanzan, como la lluvia cayendo sobre ti, no como viendo la lluvia desde la distancia. Cuando ves una estrella, los fotones de la estrella entran en tu ojo.

Por ejemplo, en los bastones de su ojo, el fotón hace que una molécula de retinal reaccione cambiando de isómero cis a trans.

Un fotón es emitido por una estrella, viaja en línea recta* y entra en tu ojo cuando miras esa estrella. Ves la estrella brillando continuamente porque los fotones se emiten continuamente, por lo que en realidad no puedes saber cuándo entra cada fotón en tu ojo. Es como un flujo constante de agua en lugar de gotear.

No puedes ver los fotones de la misma manera que puedes ver la lluvia desde lejos. Solo puedes sentir la lluvia de manera efectiva cuando golpea tu piel, es decir, solo puedes ver las cosas cuando los fotones emitidos o reflejados de esas cosas entran en tu ojo.

*Estrictamente hablando, la gravedad puede doblar el camino de la luz, pero eso es relatividad general

Sé que cuando observo la lluvia, puedo observarla desde la distancia pero también puedo sumergirme en ella si estoy en el camino de esa lluvia. Pero con la luz de las estrellas distantes, ¿estamos simplemente observándola o los fotones realmente alcanzan y penetran la tierra que nos rodea?

Cuando estás sumergido en la lluvia, interactúas con ella directamente : te mojas. Eso es similar a lo que sucede cuando vemos la luz.

Cuando observas la lluvia desde la distancia, interactúas con ella indirectamente : no te mojas. En cambio, estás interactuando con la luz que previamente ha interactuado con la lluvia. Si no hubiera luz (o sonido, etc.), no sabrías que la lluvia está ahí hasta que te sumerjas.

Entonces, ¿podemos interactuar indirectamente con la luz? Resulta que no podemos. Las ondas de luz no interactúan entre sí; pasan uno a través del otro sin cambios, por ejemplo, si hacemos pasar un rayo de luz a través de otro rayo (¡aunque interfieren entre sí en el lugar donde se encuentran!). En términos de partículas, decimos que los fotones son bosones . Compare esto con, por ejemplo, rociar un chorro de agua a través de otro: chocarán entre sí y el agua saldrá volando en una dirección diferente (decimos que las partículas de agua son fermiones ).

Supongo que debería mencionar que, cuando la luz tiene suficiente energía, es posible obtener una interacción: conocida como producción de pares , pero esta es una consecuencia bastante inusual de la relatividad y la mecánica cuántica.

Sé que los fotones no tienen masa, pero ¿qué sucede cuando los fotones, incluso los fotones de estrellas distantes, nos alcanzan?

Una pequeña porción de fotones es absorbida por átomos que forman parte de moléculas que forman parte de la retina. La energía de estos fotones absorbidos se transforma en impulso electromagnético. Los impulsos producidos llegan a la unidad cerebral encargada del reconocimiento de imágenes. Después de reconocer, por ejemplo, la estrella en el cielo, el cerebro (mente) reacciona en consecuencia.

En su caso, cuando el fotón llegó a su ojo, solicitó el intercambio de pila, lo que provocó miles de visitas :)

Algunos otros fotones son absorbidos por el cuerpo y su energía se transforma en calor (en caso de que la estrella sea el Sol).

Y muchos fotones son disipados y reflejados por el cuerpo. Significa que durante el día (estrella = Sol) o en la noche profunda (sin luz eléctrica) todo lo que ves es la luz reflejada de las estrellas (incluida la luz de la luna).

¿Estamos simplemente observando la aparición de fotones que se mueven a través del espacio en relación con nosotros, o realmente estamos siendo "bañados" en fotones?

Realmente estamos siendo "bañados" en fotones. Estamos siendo bañados en espectro visible e invisible de fotones.

Sé que cuando observo la lluvia, puedo observarla desde la distancia pero también puedo sumergirme en ella si estoy en el camino de esa lluvia. Pero con la luz de las estrellas distantes, ¿estamos simplemente observándola o los fotones realmente alcanzan y penetran la tierra que nos rodea?

Están llegando y penetrando en nosotros y en el mundo que nos rodea. Incluso si ve un objeto cerca de usted, sus ojos y su cerebro reaccionan cuando los fotones lo alcanzan y la unidad de reconocimiento de imágenes del cerebro crea una imagen para usted y la ilusión de que el objeto está 'allí'. Entonces, en caso de lluvia, hay dos cosas: la lluvia en sí (la otra historia) y la luz que corresponde a la visibilidad de la lluvia. En el último caso, es solo la luz de la estrella (Sol) reflejada y refractada por las gotas de agua.

Si son penetrantes, ¿nos dice la ciencia lo que realmente está sucediendo a nivel atómico o subatómico?

La ciencia nos dice que un tipo de energía se transforma en otro. La luz como tipo de energía electromagnética si se transforma en calor cuando se absorbe. O puede ser reflejado o refractado. A nivel atómico, el átomo cambia su nivel de energía a mayor o menor si toma o emite fotones. Cuando se absorbe el fotón, desaparece mágicamente y el átomo se vuelve más caliente...

Si son penetrantes, ¿nos dice la ciencia lo que realmente está sucediendo a nivel atómico o subatómico?

Solo tienes o ves "fotones" cuando el proceso de interacción entre el campo electromagnético (luz) y la materia (tú) rompe espontáneamente la simetría de inversión del tiempo. Esto se puede expresar de diferentes maneras, como decir que el estado de vacío no se conserva por la interacción. La localización de la energía en la materia sólo surge porque el proceso de interacción no es reversible. Esto puede deberse, por ejemplo, cuando un nivel atómico discreto se acopla a un continuo de niveles (en el ejemplo molecular anterior). La evolución temporal estará dada por la regla de oro de Fermi, por ejemplo, la evolución temporal es lineal (con una tasa constante), el proceso es irreversible y la energía del campo de luz se construye y localiza dentro del átomo. Un proceso altamente destructivo que no conserva la energía en el campo.

No es una respuesta real, ya que tampoco tengo un título en física, solo una modesta adición:

DavePhD respondió:

Por ejemplo, en los bastones de su ojo, el fotón hace que una molécula de retinal reaccione cambiando de isómero cis a trans.

Si bien uno de los roles de la naturaleza es el de llevar información (directa - desde la fuente / indirecta - reemisión), entonces imagine esto:

Si estuvieras mirando el tictac de un reloj y luego comenzaras a retroceder a la velocidad de la luz, el reloj parecería congelarse porque no te alcanzarían nuevos fotones.

Si estuviera mirando un reloj desde una distancia de 1 unidad de año luz y luego se moviera hacia el reloj con la velocidad de la luz, entonces el reloj avanzaría durante todo el año en muy poco tiempo.