Explicación de la consistencia entre las ecuaciones de Maxwell y la existencia de fotones

Tengo un conocimiento limitado de QM pero sé algo sobre electromagnetismo. He leído algo sobre la descripción del fotón y estoy confundido.

¿Cómo pueden verse las ondas EM como un campo continuo y cambiante y, al mismo tiempo, considerarse que consisten en un número finito de partículas discretas?

Por ejemplo, al considerar la potencia de radiación EM, se aplica la ley del cuadrado inverso en función de la expansión del área de superficie a medida que se aleja de la fuente de radiación. ¿Cómo funciona esto con la descripción del fotón?

Respuestas (2)

Se puede mostrar la consistencia matemática, pero necesita la teoría cuántica de campos (QFT) para seguir las matemáticas. Puede leer cómo los campos clásicos y las partículas emergen de QFT aquí .

En esta imagen puede obtener una intuición de la complejidad de la acumulación de campos clásicos E y B:

fotospin

Solo muestra los giros de los fotones, que son +1 o -1, sin embargo, la polarización circular está formada por los fotones, siendo la conexión la polarización izquierda y derecha.

Esto es claro si se entiende que son las complejas funciones de onda de los fotones las que se superponen en un Ψ . Las medidas reales de E y B provienen de la Ψ ∗ Ψ distribución de probabilidad, y por lo tanto no es una simple acumulación.

Las funciones de onda de los fotones individuales son soluciones de las ecuaciones de Maxwell cuantificadas y llevan los campos E y B en la función compleja:

fotoonda

por eso la ola clásica emergente se construye consistentemente.

Ok, gracias, clásicamente, la ecuación de onda se puede resolver en el espacio libre, si tiene un radiador esférico perfecto, puede verlo como esferas que se mueven hacia afuera del radiador. En la descripción del fotón, ¿están los fotones uniformemente espaciados saliendo en todas direcciones como la onda EM? Como cuando se habla de un fotón, ¿tiene una sola dirección y velocidad específicas? ¿O puede un fotón ir en todas direcciones a la vez?
Vaya, por ecuación de onda quise decir que las ecuaciones de Maxwell se pueden resolver para producir una onda.
El fotón sigue un camino mecánico cuántico probabilístico, tal que en superposición con tropecientos de otros de la misma energía, forman la onda clásica, siendo su energía = h*nu, donde nu es la frecuencia de la luz acumulada. El complejo conjugado de la función de onda del fotón multiplicado por la función de onda genera el campo eléctrico clásico. (en la ilustración, la flecha roja es el campo eléctrico clásico, la manifestación más probable de los millones de fotones
Gracias, ¿un fotón tiene un tamaño/longitud definidos? Básicamente, creo que entiendo el argumento probabilístico, pero lo que no entiendo es si un fotón es en sí mismo una entidad discreta en el espacio. Estoy tratando de hacer el puente entre discreto y continuo. Por ejemplo, cuando la radiación EM incide sobre algo, ¿la radiación incide en un número finito de puntos que consisten en los fotones que componen la luz? ¿Podrían las ecuaciones de Maxwell ser pensadas como un ideal continuo de un límite de funciones discontinuas pero dada la escala en que funciona el ideal continuo?
El fotón en el presente modelo estándar de física de partículas es una partícula puntual elemental con masa cero y espín 1. La luz clásica es un frente de onda de trillones de fotones, cada uno de los cuales es una partícula puntual. Mira esta respuesta physics.stackexchange.com/questions/386905/…

Considere la difracción a través de una rendija o rejilla, donde clásicamente la intensidad en el detector varía debido a la interferencia. La detección de la luz se produce por alguna transición de dipolo eléctrico electrónico. Tales transiciones son eventos discretos que ocurren con probabilidad | ⟨ ψ i | mi → | ψ F ⟩ | 2 , entonces mi 2 es la distribución de probabilidad de detectar un fotón. El campo clásico describe el valor promedio de una distribución estadística de detecciones.

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