Antecedentes: me enseñaron que toda la radiación electromagnética se puede considerar como una onda sinusoidal y que lo que recibimos en una radio, por ejemplo, es en realidad la suma de ondas sinusoidales en un rango de frecuencias. Podemos descomponer una onda de señal no sinusoidal en sus componentes sinusoidales y viceversa a través de la transformada de Fourier.
También me enseñaron que toda la radiación electromagnética se puede cuantificar en fotones con una frecuencia particular.
Contexto de la pregunta: La primera visión de la luz como una onda continua permite una continuidad de la descomposición espectral. Sin embargo, la segunda opinión parece indicar que este espectro continuo debe ser discretizado.
Pregunta: ¿Cómo se logra la discretización específica del espectro de potencia? Si alguien estuviera transmitiendo una señal con una descomposición espectral infinita (por ejemplo, una onda cuadrada), ¿un receptor configurado para detectar fotones individuales detectaría fotones de cualquier frecuencia con una probabilidad igual a la magnitud del espectro en esa frecuencia?
Suponiendo que ese sea el caso, si imaginamos que el transmisor emite fotones individuales, ¿cada fotón tiene la probabilidad de ser detectado en todo el rango de la señal, o cada fotón tiene un rango muy estrecho de incertidumbre en su frecuencia? ¿Depende esta estrechez de la velocidad a la que se emiten los fotones?
Tenga en cuenta que la imagen del fotón dice que la intensidad de una onda electromagnética está discretizada. No dice que la frecuencia esté discretizada. Todavía podemos tener fotones de cualquier frecuencia (asumiendo condiciones de contorno de espacio libre. Si ponemos diferentes condiciones de contorno [como poner el campo en una cavidad] podríamos encontrar que la frecuencia también está discretizada, pero en esta pregunta estamos hablando sobre la transmisión de RF, por lo que supondremos espacio libre).
Pregunta: ¿Cómo se logra la discretización específica del espectro de potencia? Si alguien estuviera transmitiendo una señal con una descomposición espectral infinita (por ejemplo, una onda cuadrada), ¿un receptor configurado para detectar fotones individuales detectaría fotones de cualquier frecuencia con una probabilidad igual a la magnitud del espectro en esa frecuencia?
Eso es exactamente correcto.
Suponiendo que ese sea el caso, si imaginamos que el transmisor emite fotones individuales, ¿cada fotón tiene la probabilidad de ser detectado en todo el rango de la señal, o cada fotón tiene un rango muy estrecho de incertidumbre en su frecuencia? ¿Depende esta estrechez de la velocidad a la que se emiten los fotones?
Debe tener cuidado al pensar en los fotones individuales que se emiten. Creo que su primera afirmación es más correcta de que "cada fotón tiene la probabilidad de ser detectado en todo el rango de la señal". Creo que la declaración más correcta es esta: el estado emitido por el transmisor es un estado de superposición que consta de fotones con frecuencias en todo el espectro de la señal. Si quiere decir que estamos emitiendo un fotón, puede decir que estamos emitiendo una señal donde el valor esperado de la cantidad de fotones medidos es uno, pero el estado seguirá siendo una superposición de muchos estados de diferentes frecuencias.
Aquí hay otra pregunta que llega al corazón de lo que queremos decir con "fotones individuales". Digamos que produzco un estado que es una superposición de un fotón a 100 MHz y un fotón a 200 MHz. ¿Este estado tiene uno o dos fotones? Creo que la respuesta correcta es un fotón. Si mides el estado, siempre encontrarás un fotón.
Martín Uding
qmecanico