Experimento gedanken de ondas de luz y fotones de luz

¿Alguna vez observas fotones?

Sí, aunque probablemente no por la razón que piensas.

Así es como se ve la ola que estás generando. He incluido una onda coseno como referencia:

Entonces todavía estás generando una onda, pero tiene una forma diferente a una onda coseno. Pero cualquier onda puede expresarse como una suma de senos y cosenos expandiéndola como una serie de Fourier . Así que si llamamos a tu señal$S$la expansión sería:

donde los numeros$a_n$son constantes (en realidad, la expresión general es más compleja que esto, pero la he simplificado asumiendo que su señal es simétrica alrededor de$t = 0$). Entonces, en realidad está transmitiendo una suma de ondas con frecuencias que son múltiplos enteros de su frecuencia base$\omega$. En otras palabras, estás enviando una corriente de fotones con diferentes energías.

Sospecho que su punto de partida es que un fotón es una partícula como una pequeña bola de billar, y si solo transmite la mitad de una onda, ¿cómo puede transmitir la mitad de un fotón? La clave para recordar es que un fotón es un objeto cuántico, por lo que está deslocalizado y no tiene una posición bien definida. En efecto, los fotones se distribuyen por toda la longitud del haz de ondas que estás enviando, y no hay correlación entre la posición del fotón y la longitud de onda de la señal. En este caso, donde estás enviando una serie de medias ondas, los fotones están efectivamente compuestos por la suma de todas las medias ondas.