¿Qué significa exactamente la *frecuencia* de un fotón?

¿Cómo se percibe el color cuando se dispara con una “pistola de fotones” de acción simple?

De la misma manera que se percibe normalmente.

Primero: suponga que tiene una pistola de fotones de acción simple. Disparas fotones a un observador con una sensibilidad sobrehumana a la luz. Su visión es tan sensible que puede percibir la diferencia entre 2 fotones.

Ningún problema. Pero tenga en cuenta que el fotón tiene energía E=hf, donde f es la frecuencia. Cada fotón tiene una frecuencia. Entonces, su observador sobrehumano vería un fotón como (digamos) un destello verde. Entonces vería el siguiente fotón como otro destello verde.

Si el intervalo entre cada fotón disparado es igual a 1, que coincida con la percepción de la luz verde.

No, no lo hagas. Eso es asumiendo que el fotón en sí mismo no tiene una frecuencia, y que la frecuencia del fotón es, en cambio, la frecuencia a la que llegan los fotones.

Ahora, si disminuyes o aumentas el intervalo, fotón por fotón, y en el grado justo, ¿vería ella azul y rojo respectivamente?

No. Vería una sucesión más lenta o más rápida de destellos verdes. Tendrías que aumentar la energía de cada fotón para que ella vea destellos azules. O disminuir la energía de cada fotón para que ella vea destellos rojos.

Segundo: esta vez disparas los fotones desde un cuerpo masivo donde la gravedad que sientes excede la gravedad que siente un observador ahora distante. El intervalo entre disparos en su opinión sigue siendo "1" como en la primera pregunta. Pero si la gravedad del observador fuera menor que la tuya en la cantidad justa, ¿aumentaría la frecuencia de cada fotón percibido para que vea luz azul?

Esto es defectuoso en varios aspectos:

1) El corrimiento al rojo gravitacional depende de la diferencia en el potencial gravitacional entre dos ubicaciones en lugar de la diferencia en la fuerza gravitatoria.

2) Cuando disparas fotones hacia arriba, el otro observador en una ubicación más alta los ve desplazados hacia el rojo en lugar de desplazados hacia el azul.

3) Tenga en cuenta lo que dijo Einstein : "Un átomo absorbe o emite luz a una frecuencia que depende del potencial del campo gravitatorio en el que se encuentra". El fotón se emite a una frecuencia más baja en la ubicación más baja. No te das cuenta de esto porque tú y tus relojes "corren lento" en la ubicación inferior, debido a la dilatación del tiempo gravitacional. El observador superior mide que el fotón tiene una frecuencia más baja que la tuya porque sus relojes corren más rápido que los tuyos. Pero la frecuencia del fotón en realidad no disminuyó a medida que el fotón ascendía. E=hf y se aplica la conservación de la energía.

El ganador del premio nobel y superestrella Richard Feynman dice que es difícil entender completamente la mecánica cuántica, ¡Cuidado con perder demasiado tiempo intentándolo! La mejor manera simple de pensar en un fotón es imaginar un pulso de onda o tren de un campo cuántico "psi" (o campo electromagnético). Este pulso puede tener una longitud finita L y en su interior se obtienen muchos períodos cortos de oscilación correspondientes a la longitud de onda de la luz lambda o frecuencia. Este pulso puede viajar a través de un medio o lentes o lo que sea y puede viajar como una partícula siguiendo una trayectoria espacial bastante localizada. La frecuencia del fotón no corresponde al intervalo entre pulsos (como se imagina en cuestión) sino a la oscilación dentro de un pulso individual. Se piensa que el fotón está en algún lugar desconocido dentro del pulso, hasta que una detección lo localiza. La imagen del fotón tiene aspectos bastante peculiares si uno piensa profundamente. por ejemplo, 2 rayos láser de diferentes fuentes pueden interferir de la manera habitual y debemos interpretar esto como un solo fotón que puede salir simultáneamente de AMBAS pistolas, al igual que un fotón puede pasar a través de 2 rendijas e interferir consigo mismo al pasar creando un patrón de difracción familiar. .

Si emite un solo fotón, espera un intervalo, emite un segundo fotón, espera el mismo intervalo y sigue repitiendo, ¿el flujo de fotones resultante se puede describir por la frecuencia a la que emitió cada uno?

No. La frecuencia de un fotón está únicamente ligada al incremento/cantidad de energía que lo generó, por$E=h\nu$, dónde$h$es la constante de Planck y$E$la energía y$\nu$la frecuencia.

Un fotón es una entidad mecánica cuántica, una partícula elemental en el modelo estándar de la física de partículas . Puede ser creado por una transición atómica de electrones entre dos orbitales, lugares de probabilidad atómicos o moleculares o de celosía. También al acelerar o desacelerar partículas cargadas se pierde un cuanto de energía y aparece como fotón.

Los intervalos de emisión de un solo fotón no tienen nada que ver con la frecuencia de la onda que formará un gran conjunto de fotones,$\nu$del fotón es el$\nu$de la onda clásica emergente . Ver este enlace experimento de doble rendija de un solo fotón a la vez, donde el patrón de interferencia en la acumulación de fotones tiene la frecuencia del$E=h\nu$del fotón.

La razón por la que aparece la misma frecuencia en el$E=h\nu$y en la onda electromagnética clásica construida, la onda se debe al hecho de que ambas son soluciones de las ecuaciones de Maxwell. Las funciones de onda que describen el fotón.

son soluciones de ecuaciones de Maxwell cuantificadas , y las$E$y$B$Los campos afectan las funciones de onda cuyo complejo cuadrado conjugado da la densidad de probabilidad para los fotones. Ejemplo, el patrón de interferencia en el enlace de arriba:

que es la densidad de probabilidad para el experimento "dispersión de un solo fotón en dos rendijas".

Cada fotón tiene su propia frecuencia. Supongamos que emite un fotón de 630 nanómetros (1,97 eVoltios) una vez cada 2,1 femtosegundos (el tiempo que tarda un fotón de 630 nm en completar un ciclo). Vería una corriente de fotones que tendrían la misma frecuencia que los fotones individuales. Pero también podría considerar liberar múltiples fotones en ese período de 2,1 femtosegundos, o podría liberar un conjunto de fotones de diferentes frecuencias en un período de tiempo muy pequeño y verlos "latir" en ciclos de forma relacionados con su frecuencia relativa a la frecuencia de fotones de 630 nm. También tenga en cuenta que todos los fotones viajan a la misma velocidad independientemente de su frecuencia.

Creo que cuando consideramos la luz como un fenómeno corpuscular, la frecuencia de la luz depende de los intervalos de fotones y al cambiar el intervalo, la frecuencia (el color de la luz) puede alterarse. Tengo una razón para esta afirmación:

Si considera el reloj de luz de Einstein que consiste en una pistola láser, un espejo y un detector desde el punto de vista del marco de laboratorio ( M ) donde el reloj de luz se pone en movimiento, y si usted (como observador N que está estacionario con respecto al reloj) suponga que el detector y la pistola láser emiten diferentes fotones (rojos) hacia el observador del laboratorio en una dirección perpendicular a la trayectoria de los fotones principales del reloj de luz (azules claros) exactamente en el momento en que cada fotón principal se emite hacia y recibe de el espejo por la pistola y el detector respectivamente; usted (esta vez, como observador del laboratorio) verá que el intervalo de fotones cumple exactamente con el efecto Doppler relativista.

Para la segunda pregunta, recuerda que las frecuencias son mayores en cuerpos masivos. Si el observador del cuerpo con menos gravedad tarda, por ejemplo, diez segundos en percibir los dos fotones sucesivos, el observador del cuerpo masivo tarda un segundo, por ejemplo, debido a la dilatación del tiempo, por lo que el observador reciente calcula una frecuencia mayor. en lugar del observador en baja gravedad.