La energía fotónica viene en paquetes.

De la página de HyperPhysics sobre el efecto fotoeléctrico :

De acuerdo con la hipótesis de Planck, toda la radiación electromagnética está cuantizada y ocurre en "paquetes" finitos de energía que llamamos fotones. El cuanto de energía de un fotón no es la constante de Planck h sí mismo, sino el producto de h y la frecuencia La cuantización implica que un fotón de luz azul de determinada frecuencia o longitud de onda siempre tendrá el mismo tamaño de cuanto de energía.

Todavía no entiendo cómo se ve un fotón o cómo se cuantifican las ondas de luz/EM.

Si en algún sistema ilimitado (no en una caja, sino en el vacío sin límites), tengo "luz" y nada más, y la energía del sistema es mi 0 , ¿Cómo sé cuántos fotones existen en ese sistema?

Una forma de verlo es:

mi 0 = ℏ ω 0
significaría que hay un fotón con energía de ℏ ω 0 . Sin embargo, uno también podría verlo como

mi 0 = 2 ℏ ω 1 dónde ω 1 = ω 0 / 2 .

Y significaría que hay dos fotones con frecuencia. ω 1 . En otras palabras, ¿cómo se puede cuantificar/discretar la energía cuando la frecuencia en sí misma es continua?

Sé que hay publicaciones similares, pero realmente no pude entenderlas. En algunas de las publicaciones, mencionaron los efectos fotoeléctricos, pero por lo que entendí, solo significaba que la luz contiene energía y la energía es transferible. También hay respuestas sobre la hipótesis de Planck, para mí esa es solo la formulación matemática para ajustarse a los datos experimentales. Pero la intuición detrás de "la luz está cuantizada" sigue siendo un misterio para mí.

estás confundiendo las ondas electromagnéticas clásicas con el fotón. Las ondas clásicas emergen de una superposición de un conjunto de fotones con frecuencia nu. Vea mis respuestas aquí physics.stackexchange.com/questions/444917/… y aquí physics.stackexchange.com/questions/449021/…
No estás tomando los fotones como partículas individuales lo suficientemente en serio. La energía proviene de la rapidez con la que oscila el fotón a medida que viaja a la velocidad de la luz. Su momento lineal está separado y es mucho más pequeño que su momento oscilante. Un fotón azul oscila mucho más rápido que un fotón rojo.
@annav Por lo que entendí, ¿está diciendo que si tengo alguna función de onda que representa la onda electromagnética, la descomposición de Fourier de esa función de onda codifica todos los fotones posibles que existen en esa onda electromagnética en particular? Y dado que descompondremos una función de onda en términos de un número infinito de ondas sinusoidales con una frecuencia infinitamente diferente, ¿tendríamos un número infinito de fotones para una onda electromagnética específica? Entonces, experimentalmente, solo es posible hacer un fotón cuando tenemos una frecuencia inimaginablemente precisa. ¿Es correcto mi entendimiento?
No, no es correcto. Si usted es físico o aspirante a físico, debe comprender que las teorías de la física son modelos , es decir, tienen leyes adicionales como axiomas que recogen las soluciones que se ajustan a los datos. Estos modelos tienen marcos y variables específicas: las ecuaciones clásicas de Maxwell describen el comportamiento de la luz macroscópica, cuando la intensidad de la luz es suficiente para que nuestros ojos vean (definición aproximada). Cuando la intensidad cae, el marco ya no es clásico sino mecánico cuántico. y la luz se ve experimentalmente (en el experimento de la doble rendija, por ejemplo) para estar compuesta de
impactos de partículas individuales que se suman para dar el patrón de interferencia de onda clásico. Estos son los fotones, masa cero, partículas puntuales, de energía=h*nu, spin +/-1 a su dirección de movimiento, y parte de la tabla de partículas elementales. en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model . Como entidad cuántica obedece a ecuaciones de ondas mecánicas cuánticas, donde lo que ondea es la probabilidad de encontrar el fotón en un punto (x,y,z) del espacio. Esto, como muestro en las respuestas, son funciones de onda complejas que son una solución de las ecuaciones de Maxwell cuantificadas .
Estas funciones complejas en superposición en millones acumulan la onda electromagnética clásica, paquetes individuales de energía llamados fotones. La superposición está en las funciones complejas que contienen la información de frecuencia, la probabilidad proviene del complejo conjugado al cuadrado de la función de onda total que puede construir el patrón de interferencia clásico. ¿Leíste el segundo enlace en mi comentario principal?
Puede ser útil saltarse el espacio no ligado en el sentido de que un fotón se origina a partir de uno ligado. Al menos ahora. Quizás no antes de la época de recombinación, lo siento. Pero pensar en el sistema que emitió el(los) foón(es) podría ayudar.

Respuestas (3)

La energía como tal no está cuantificada, podemos ver que a partir del espectro de un cuerpo negro: Es un espectro continuo, por lo que todos los valores de frecuencia y, por lo tanto, de energía son posibles.

Sin embargo, la energía de los fotones que emiten los átomos cuando un electrón en el casco de un átomo cambia de un nivel más alto a uno más bajo, solo puede alcanzar algunos valores particulares. El origen de esto es el hecho de que un átomo es un sistema acotado por lo que el electrón en su casco no está libre. La energía de un electrón libre podría volver a alcanzar cualquier valor.

Ahora, para describir los niveles discretos de energía en un átomo, era necesario tener un modelo en el que las ondas electromagnéticas pudieran transportar alguna energía característica, el modelo fotónico. Con un modelo de onda clásico, estos niveles de energía discretos no se pueden describir. Sin embargo, eso no significa que cualquier sistema muestre niveles de energía discretos, solo los estados ligados como los átomos lo hacen.

Su pregunta se relaciona con el trabajo original de Planck donde definió la constante de Planck.

Primero, debe basarse en la termodinámica que nos dice cómo los sistemas en equilibrio distribuyen la energía entre ellos. Entonces, un sistema con energía fija podría tener un fotón de alta energía, o podría tener dos fotones con la mitad de energía, pero ninguno de los sistemas está en equilibrio térmico. Dados los abundantes mecanismos para redistribuir la energía en otras frecuencias, la distribución de los fotones será el llamado espectro de radiación del cuerpo negro. Si la luz no estuviera cuantizada, los efectos térmicos favorecerían que toda la energía llegara a las frecuencias más altas. Sin embargo, si se cuantifica la cantidad de energía en una frecuencia determinada, la densidad de energía alcanzará su punto máximo en una frecuencia finita.

La radiación aparece cuantizada sólo en confinamiento. Lo mismo es para los electrones, parecen moverse como ondas en confinamiento. En el confinamiento hay muchos participantes y muy poco espacio para moverse. También podría ser un número pequeño, pero moviéndose muy rápido en un espacio pequeño, dando el mismo efecto.

Como resultado del confinamiento, el cuadrado inverso de Coulomb cambia a la ley de Hook, la ley del resorte espacial. La ley de Hook se ve en todos los sistemas vibratorios. (La prueba es simple, tome tres puntos igualmente espaciados en una línea. Dé un empujón al medio manteniendo los extremos fijos y verá la fuerza; f = k / r ^ 2 cambiando a f = Kr en el límite de pequeño desplazamiento). El resultado de la vibración es que todo el campo de fuerza se vuelve armónico y hace que un electrón se comporte como una onda. Y los niveles de energía se vuelven discretos (característicos de los sistemas vibratorios), terminando en que la luz se comporte como cuantos o partículas como encontró Einstein en su trabajo de fotones. Pero cuando están al aire libre, los electrones se comportan como partículas con un camino bien definido, como se puede ver en numerosos experimentos, que van desde el tubo de vacío hasta la cámara de niebla. Y los fotones/radiación vuelven al comportamiento de onda,

La forma más fácil de imaginar un fotón es pensar en él como la probabilidad de encontrar la energía de ese fotón en un punto. De esta manera uno puede evitar preguntas sobre el tamaño y el resto.

La energía fotónica viene en paquetes.
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