¿Qué puede cambiar la frecuencia de un fotón?

Encontré esta pregunta: ¿Es posible aplicar fuerza a una partícula de luz?

Como dice, la gravedad puede cambiar la frecuencia de la luz cambiando su impulso. Mi pregunta se refiere a otros fenómenos que podrían cambiar la frecuencia de la luz y, como se comenta en la respuesta allí, hay dos casos:

  1. El fotón permanece intacto, eso significa que solo cambia su frecuencia.

  2. Un proceso que consume un fotón y produce otro a una frecuencia diferente.

Lo que me pregunto es si la propagación de la luz de un medio a otro podría cambiar de alguna manera su frecuencia y si podemos encontrar otros fenómenos en general (uno es la gravedad) que puedan cambiar la frecuencia de un fotón.

Algunas sugerencias de la respuesta a la pregunta mencionada son que la frecuencia se puede cambiar por la expansión del espacio, la producción espontánea de pares, la dispersión y los eventos de desplazamiento rojo/azul. Entonces, si puede desarrollar estas sugerencias con respecto a los dos casos mencionados anteriormente, me ayudaría mucho.

Es decir, ¿es posible cambiar la frecuencia de la luz con respecto a los dos casos anteriores y existen fenómenos como los mencionados que podrían producir tal cambio?

Nota: también encontré esta pregunta , pero solicito un tratamiento más general que solo la luz que se propaga en el aire y me preocupan los fenómenos que podrían tener tales efectos.

¿Puedes ser más específico sobre cuál es tu pregunta? Solo hay un signo de interrogación en su publicación, y está en el título de la publicación anterior a la que se vinculó.
@ThePhoton Tienes razón, me distraje. He hecho una adición. ¿Está mejor formulada la pregunta ahora? Gracias.
¿Qué tan estrictamente estás exigiendo eso the photon remain intact? ¿El proceso necesita preservar el estado cuántico exacto del sistema? ¿O solo te importan las propiedades clásicas? Si es lo último, la conversión descendente paramétrica estimulada puede hacerlo (pero convierte las superposiciones en estados entrelazados). Si es lo primero, puede acoplarse en una cavidad de excitón-polaritón y permitir que se termalice, pero el desplazamiento hacia el rojo es pequeño.
Cuando la luz cambia de frecuencia, ya sea que piense o no que cambia la frecuencia de un fotón o elimina el primero y crea otro en la nueva frecuencia, depende principalmente de usted. Podría tener sentido pensar en él como un solo fotón si el proceso es adiabático.
El proceso de conversión de frecuencia cuántica puede, al menos en principio, simplemente cambiar la frecuencia de un solo fotón conservando sus propiedades cuánticas.
@jayann ¿Es la conversión de frecuencia cuántica un proceso que ocurre en la naturaleza o es un proceso y un fenómeno producido en los laboratorios?
@ConstantineBlack: Todas las implementaciones de QFC que conozco se han realizado como procesos no lineales que requieren materiales especiales y pulsos ópticos intensos. Las interacciones luz-materia de este tipo casi nunca pueden ocurrir en la naturaleza por sí mismas, así que sí, es más o menos un fenómeno de laboratorio.
Refiriéndose al aspecto de la pregunta mencionada por DanielSank: el cambio de frecuencia, por lo tanto, la energía parece ocurrir "en cualquier lugar", ¿a dónde va la energía, ya que no hay absorción por parte de algún electrón? ¿Cambia el campo electromagnético? Si el fotón pierde en el corrimiento al rojo gravitatorio, ¿quién gana?

Respuestas (4)

El fotón es una partícula elemental .

Hay dos formas de medir la frecuencia y por lo tanto la energía del fotón ya que su energía E=h*nu .

  1. usando una rejilla de difracción que analiza las longitudes de onda en un haz de luz, como se muestra a continuación:

emisión de hierro

Este es el espectro del hierro.

Cada línea está compuesta de trillones de fotones con esa frecuencia. Si uno enviara un fotón a la vez a la rejilla, se ubicaría en la ubicación correcta para su longitud de onda y, por lo tanto, se conocería su frecuencia.

2) al conocer sus interacciones con otras partículas elementales, luego, a partir de la conservación de la energía, se conocerá su energía y, por lo tanto, también su frecuencia. Esto sucede en la física de partículas, donde el fotón puede interactuar con otras partículas elementales y dispersarse como en el cielo azul , o mediante la dispersión Compton , perdiendo parte de su energía e impulso sobre un electrón o núcleo y cambiando su frecuencia. También puede desaparecer por completo al crear pares de otras partículas elementales.

Las rejillas de difracción han mostrado cambios en los espectros provenientes de estrellas y galaxias, de átomos conocidos en comparación con los de la tierra, con desplazamientos hacia el azul y hacia el rojo .

El análisis de estos espectros muestra que el cambio de frecuencia se debe o bien a la velocidad de la estrella/galaxia con respecto a nosotros, o bien al efecto de un pozo gravitacional. Este último ha sido medido en un experimento terrestre. Cuando se tienen en cuenta, un corrimiento general hacia el rojo que muestra que todo se está alejando de la tierra ha llevado a la ley de Hubble y la necesidad de un universo en expansión.

Hola. Gracias por la respuesta. ¿Puedo preguntar esto: la dispersión en la atmósfera no es un cambio en la longitud de onda (al menos en la electrodinámica clásica) y, de ser así, hay una desconexión entre CED y QM o me equivoco de alguna manera? Gracias de nuevo.
Si lee el enlace provisto, verá que el azul se vuelve dominante porque se dispersa elásticamente con una sección transversal más alta "Esta dispersión, llamada dispersión de Rayleigh, es más efectiva en longitudes de onda cortas (el extremo azul del espectro visible). Por lo tanto, la luz se dispersó hacia la tierra en un gran ángulo con respecto a la dirección de la luz del sol está predominantemente en el extremo azul del espectro ". no hay discrepancia ya que QM se ocupa de las dispersiones individuales (más y menos en la frase)
Como la frecuencia no cambia en la dispersión de Rayleigh, parece que no hay intercambio de cantidad de movimiento (actio/reactio de Newton). Me pregunto cuáles son los cambios para la partícula de dispersión; eso debería ser solo un cambio de dirección. Si la partícula dispersada solo cambia de dirección (sin cambio de c, velocidad), ¿puede esto traducirse en algún cambio de velocidad o incluso de masa/energía en el lado de la partícula dispersada? ¿Eso compensaría alguna otra pregunta?
Nota de @PeterBernhard (primer párrafo de wiki) "dispersión elástica de luz u otra radiación electromagnética", "luz" es una onda electromagnética clásica. Si se reduce a partículas y campos, la pregunta entra en la mecánica cuántica y pueden entrar muchas contribuciones diferentes de los diagramas de Feynman, y conceptos de centro de masa de fotón y opartícula/campo. no es sencillo
Gracias: si se entiende que la "dirección" del fotón se puede transferir a "otra" energía de la partícula defractante o centro de masa, házmelo saber. Asimismo, si el cambio de ángulo no equivale a energía. Por cierto: el primer enlace que das parece roto.
@PeterBernhard Puedo responder cualitativamente: cualquier interacción cuántica partícula-partícula o partícula-campo en el centro de masa tendrá un efecto en los cuatro vectores en cualquier otro sistema que uno quiera estudiar, por ejemplo, el sistema de laboratorio. PERO para la dispersión de ralleigh, el efecto será demasiado pequeño, dentro de los anchos de las interacciones, no medible.
Creo que los efectos no son ninguno pero no lo suficientemente buenos (por ejemplo, un fotón distraído por la tierra no es lo suficientemente bueno para atraer la tierra). Consejo útil: me hace adivinar lo siguiente: esos cuatro vectores son puramente cuánticos m. no los mecánicos. Así que no involucres energía/masa, siéntete libre de corregir. Eso, por el contrario, corroboraría mi comprensión de que el cambio de fotón en dirección pura es "libre" (sin masa forzada radialmente) con respecto a la masa, por lo tanto, la energía, de hecho: no es diferente del cambio de trayectoria gravitacional.
@PeterBernhard estás equivocado. los cuatro vectores son la energía y el momento relativistamente correctos y los vectores de momento angular hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/vec4.html . Es importante conocer la relatividad especial para comprender las interacciones de partículas a nivel cuántico.
Gracias. Lo siento por mi última mala escritura. Así que mi suposición fue incorrecta.

Con respecto a su pregunta: ¿Puede cambiar la frecuencia de la luz en la propagación de un medio a otro? La respuesta es no. Encontré una respuesta anterior a una pregunta similar que podría ayudarte:

Piénselo de esta manera: en el límite/interfaz del medio, la cantidad de ondas que envía es la cantidad de ondas que recibe, en el otro lado, casi instantáneamente. La frecuencia no cambia porque depende del viaje de las ondas a través de la interfaz.

Pero la velocidad y la longitud de onda cambian ya que el material en el otro lado puede ser diferente, por lo que ahora podría tener un tamaño de onda más largo o más corto y, por lo tanto, el número de ondas por unidad de tiempo cambia.

propagación de fotones

Gracias. Pero, ¿hay una prueba matemática para esto considerando la reflexión y la transición (por supuesto, estamos hablando de electrodinámica clásica aquí)?
Creo que se deriva de la continuidad del campo eléctrico (suponiendo que no hay carga en la superficie) y tal vez algunos argumentos de Fourier.
Hay cierta contradicción en la cita para respaldar esto: "... la frecuencia no cambia" (debido al viaje de la luz), luego "la velocidad y la frecuencia cambian" porque el material es diferente. Desearía que hubiera alguna referencia a algún libro de texto en esa cita. ¿Encontraste otros recursos?

La gravedad puede cambiar la frecuencia. Un haz de luz que se dirige hacia un cuerpo masivo es desplazado hacia el azul por el campo gravitacional. Si está escapando de un cuerpo gravitacional, entonces se desplaza hacia el rojo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hola. Gracias por la respuesta. ¿Es este un fenómeno que pertenece a la teoría clásica de campos: la relatividad o la mecánica cuántica o finalmente ambas (y si es así, hay diferencias)?

Aquí debemos tener cuidado con la idea fundamental de la conservación de la energía pensando que los fotones permanecen intactos y la frecuencia cambia o que un proceso consume un fotón y produce otro de una frecuencia diferente. La frecuencia de un péndulo simple depende únicamente de la longitud de la cuerda y del cambio de gravedad. En el caso de los fotones, ¡se dijo que la frecuencia también depende del campo gravitatorio!

Como está escrito actualmente, su respuesta no está clara. Edite para agregar detalles adicionales que ayudarán a otros a comprender cómo esto aborda la pregunta formulada . Puede encontrar más información sobre cómo escribir buenas respuestas en el centro de ayuda .
De hecho, la pregunta es válida. Esta respuesta muestra que es muy válida.
¿Qué puede cambiar la frecuencia de un fotón?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v