¿Qué significa físicamente la amplitud en la longitud de onda de la luz? ¿Qué oscila con el tiempo en el fotón?

La amplitud de longitud de onda de las ondas de agua significa el desplazamiento de las partículas de agua sobre su posición media.

Esto podría haberse preguntado antes, ¿por ejemplo, physics.stackexchange.com/q/19670 responde a su pregunta?
La respuesta a la pregunta "¿Qué oscila?" depende del nivel de modelo físico que le interese. Podría ser un campo electromagnético, podría ser una función de onda, etc. ¿Qué nivel de explicación está buscando?
Entiendo que el fotón tiene un campo eléctrico y magnético oscilante. Entonces, ¿el campo eléctrico y magnético oscilante tiene algo que ver con la frecuencia o la longitud de onda de la onda em? ... Estoy preguntando sobre el significado físico de la representación de la amplitud cuando dibujamos un onda sinusoidal que representa una onda em de longitud de onda particular.
Es al revés: no se puede asignar una onda a un único fotón. En cambio, muchos fotones forman colectivamente una onda electromagnética clásica. Cuando hablamos de la amplitud de una onda em, estamos hablando de las amplitudes de los campos eléctricos y magnéticos. La longitud de onda del componente eléctrico y magnético es la misma. La dirección de los vectores de ambos campos puede diferir y también la fase entre las dos ondas, lo que explica los diferentes modos de polarización de la luz (lineal, elíptica o circular).
¿Qué hace que el campo eléctrico oscile?
@CuriousOne: ¡Hola! Sí, tienes razón, un solo fotón es una criatura problemática. Pero, ¿por qué no enfatizas este punto? Hace algún tiempo vi un material sobre este tema, pero aquí hay algo nuevo que encontré en Internet sobre un solo fotón: "¿Un solo fotón tiene amplitud?", reddit.com/r/askscience/comments/19vwre/… , ver la antes de la última entrada.
@Sofia: Creo que lo que es difícil sobre el concepto de fotón es superar esta falsa imagen mental de que es una entidad propia que se propaga a través de un vacío clásico como una partícula. Hemos estado enseñando esto durante tanto tiempo que se ha establecido como un fuerte meme cultural. Eso, por supuesto, no es lo que es un fotón. Es uno de los cuantos posibles que denotan los cambios de configuración permitidos de un campo cuántico, es decir, es una propiedad dinámica de ese campo, en lugar de "su propia propiedad". Si tuviéramos que enseñarlo de esta manera, creo que menos personas encontrarían sus propiedades difíciles de "asimilar".

Respuestas (3)

Aunque puede (como obviamente sabe) pensar en la radiación electromagnética como una partícula o como una onda, en este caso es más fácil pensar en ella como una onda.

Como experimento mental, si agita un imán cerca de un cable, se inducirá un potencial eléctrico en el cable. Asimismo, si pasa corriente a través de un cable, se producirá un campo magnético alrededor del cable. Puede reformular esas dos observaciones como: "un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico; y un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético".

Si resuelve las matemáticas para describir esas interacciones, esencialmente obtiene las ecuaciones de campo de Maxwell. En pocas palabras, si desea producir una onda electromagnética, debe comenzar creando un campo eléctrico que cambie el tiempo (por ejemplo, haciendo pasar electrones de un lado a otro en una antena). El campo eléctrico cambiante produce un campo magnético cambiante. El campo magnético variable a su vez produce un campo eléctrico variable, etcétera. Entonces, una onda EM es solo un campo eléctrico y un campo magnético que se abre paso a través del espacio.

Para finalmente responder a su pregunta, la "amplitud" de la onda es la fuerza de los campos eléctricos y magnéticos involucrados. No están en unidades de distancia, como lo están las ondas de sonido o las ondas de agua.

Gracias, eso realmente ayudó. Otra pregunta: ¿se produce una onda EM simplemente haciendo correr electrones de un lado a otro en una antena? ¿El correr de los electrones produce foto? Entonces, todo circuito eléctrico debería emitir fotones, ¿no es así?
Sí, mover electrones de un lado a otro en una antena produce ondas EM (y por lo tanto fotones). Y sí, cada circuito electrónico emite ondas EM (de muy baja potencia) (y por lo tanto fotones). Es por eso que las aerolíneas requieren que apagues tus dispositivos electrónicos durante el despegue y el aterrizaje. La longitud de onda de las ondas EM (fotones) emitidas depende de la frecuencia a la que mueve los electrones de un lado a otro, por lo que los dispositivos que tienen relojes internos a (por ejemplo) 1 GHz producen ondas EM con una longitud de onda de aproximadamente un pie.

Antes de que se absorba el fotón , es decir, mientras el campo cuántico de fotones está en un estado puro de un fotón, puede definir las siguientes amplitudes de probabilidad que especifican de forma única el estado de un fotón:

(1) ϕ → mi ( r → , t ) = ⟨ 0 | mi ^ + ( r → , t ) | ψ ⟩ ϕ → B ( r → , t ) = ⟨ 0 | B ^ + ( r → , t ) | ψ ⟩

y estas amplitudes de probabilidad oscilan en el espacio y el tiempo como un campo de luz clásico. Tienen el significado físico de que la densidad de probabilidad para detectar destructivamente el fotón, es decir , absorberlo con un detector ideal, cuando el estado está correctamente normalizado, es el análogo de la densidad de energía clásica (la normalización convierte la densidad de energía clásica en una densidad de probabilidad) , es decir

(2) pag ( r → , t ) = 1 2 ϵ 0 | ϕ → mi | 2 + 1 2 m 0 | ϕ → B | 2

En lo anterior, ψ es el estado cuántico del campo de fotones, B ^ + , mi ^ + son las partes de frecuencia positiva de los observables de campo eléctrico y magnético (de valor vectorial) y, por supuesto, ⟨ 0 | es el estado fundamental único del campo de fotones cuánticos. Dado el conocimiento de que el campo está en un estado puramente de un fotón, las funciones vectoriales del espacio y el tiempo en (1) definen de manera única el estado cuántico del campo de fotones y viceversa, de modo que pueden tomarse como el estado cuántico . Además, las funciones en (1) siempre cumplen las ecuaciones de Maxwell y cada solución clásica de las ecuaciones de Maxwell define de manera única un estado de un fotón. Entonces, cada solución a las ecuaciones de Maxwell puede representar tres cosas separadas y diferentes (1) un campo EM clásico, (2) un estado cuántico de un fotón o (3) un estado coherente del campo cuántico de luz (este estado tiene un Poisson -número distribuido de fotones). Así que hay una correspondencia uno a uno entre los elementos de estas tres clases.

Vea mi respuesta aquí para obtener más información y referencias.

Ahora bien, no se puede medir físicamente una fase general del campo de luz, pero ciertamente se puede, en principio, ver la difracción y otros efectos de onda al detectar destructivamente fotones sucesivos que pasan a través de un aparato experimental, un fotón a la vez.

Su pregunta es bastante vaga, pero ¿ayuda esto?

La amplitud de onda EM es una función oscilante compleja, como puede ver en la página de wikipedia . Ahora bien, la potencia de cualquier onda es el cuadrado de la amplitud, o más precisamente, el producto de la amplitud y su complejo conjugado.
Resulta que la energía EM está cuantificada, por lo que podemos asignar una energía específica a un fotón en función de su frecuencia.

Si los diagramas de onda en esa página no responden a todas sus preguntas sobre longitud de onda, frecuencia y orientación, intente volver a publicar una pregunta más específica.

1. ¿La amplitud del campo EM depende de la energía que tiene? 2. ¿Están relacionadas la frecuencia de los fotones y la amplitud? 3. ¿Qué hace que los campos EM oscilen en primer lugar?
¿Qué significa físicamente la amplitud en la longitud de onda de la luz? ¿Qué oscila con el tiempo en el fotón?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v