Intento comprender mejor cómo funciona la radiación electromagnética. Así que tengo algunas preguntas. Si una antena emite a 100 MHz (las cargas de la antena oscilan a 100 MHz) ¿qué frecuencia tendrán los fotones emitidos? ¿Tendrán los mismos 100 MHz? En el caso de los fotones, ¿qué representará en realidad esta frecuencia?
Además, ¿qué representa la longitud de onda de los fotones? Quiero decir, en el caso de una onda electromagnética, la onda representa la variación en la intensidad de los campos magnético y eléctrico, y la longitud de onda es la distancia entre dos crestas de estas variaciones (corríjame si me equivoco). ¿Qué tal en el caso de la longitud de onda del fotón?
La frecuencia y la longitud de onda de los fotones son las mismas que las del modo clásico correspondiente.
Cuando cuantificas el campo electromagnético, primero tratas la dependencia espacial descomponiendo el campo en modos normales, que es una generalización del tratamiento de campos de la forma
Esta ecuación describe un oscilador armónico, y la mecánica cuántica dice que los sistemas de osciladores armónicos solo pueden tener un conjunto discreto de energías posibles, con un espaciado uniforme de entre ellos. Si el estado del campo es tal que, cada vez que mires, solo hay una excitación presente, entonces decimos que el campo está en un estado monomodo de fotón único . Este fotón entonces tiene una frecuencia bien definida ( ) y longitud de onda ( ).
Entonces puede haber otra complicación adicional. En cualquier casilla, y más en el espacio libre, siempre habrá más de un modo presente. Entonces existe la posibilidad de que haya exactamente un fotón en el sistema, pero que no sabemos en qué modo está: el fotón está en un estado de gato de Schrödinger. Por lo general, el fotón se concentrará en modos dentro de un ancho de banda alrededor de alguna frecuencia central , lo que significa que la frecuencia del fotón es incierta hasta cierto punto. Lo notable es que el campo eléctrico entonces será distinto de cero en alguna región espacial y temporalmente localizada: pasará por cualquier punto dado en el tiempo de orden y así tener un ancho de orden .
También es importante darse cuenta de que puede obtener este mismo efecto con un campo clásico: un paquete de ondas localizado tendrá una dispersión correspondiente en su frecuencia y longitud de onda, exactamente igual que es difícil saber el tono de las notas cortas. La diferencia entre un estado de un fotón y un campo clásico débil es estadística: para la misma intensidad media, un paquete de ondas de un fotón siempre dará una cuenta en un tubo fotomultiplicador o fotodiodo de avalancha, mientras que un campo clásico a veces dar ninguno, a veces varios. Esto parece una pequeña diferencia, pero hace posibles cosas como la interferometría de fotón único .
Las ecuaciones de Maxwell son para los fotones lo que las ecuaciones de Schrödinger y Dirac son para los electrones. Sus soluciones predicen observaciones estadísticas de fotones. Los electrones no tienen longitud de onda, solo las funciones de onda de electrones la tienen. Lo mismo es cierto para los fotones.
Cuando la gente habla de la frecuencia o longitud de onda de un fotón, normalmente se refiere a la frecuencia o longitud de onda del campo electromagnético correspondiente a ese fotón. Por supuesto, en la práctica, un fotón se compone de componentes con diferentes frecuencias repartidas en algún rango, pero si ese rango es muy pequeño, puede tratarlo como una sola frecuencia y caracterizar el fotón diciendo que es de esa frecuencia. frecuencia.
Buzai András