¿La energía potencial para un fotón dado aumenta o disminuye en cuantos?

Cuando un fotón deja un fuerte campo gravitatorio, pierde energía y se desplaza hacia el rojo. ¿El intercambio de energía potencial de un fotón se caracteriza por cuantos de energía?

Respuestas (1)

No. Un fotón de una frecuencia dada F es exactamente un cuanto de energía. Una onda electromagnética tiene una energía total dada por mi total = ⟨ norte ⟩ h F , dónde ⟨ norte ⟩ es el número de fotones en la onda.

Cuando una onda EM escapa de un pozo de potencial gravitacional (o cae en uno), es la energía de cada fotón individual la que cambia; en otras palabras, la unidad en la que se cuantifica la energía se hace más pequeña o más grande. El número de unidades (número de fotones) permanece igual.

Esto no se siente completamente satisfactorio. Uno puede imaginar que la interacción entre dos objetos "cargados gravitacionalmente" ocurre por intercambio de gravitones de la misma manera que la interacción entre objetos cargados eléctricamente ocurre por intercambio de fotones.
@Marek: hm, está bien, buen punto. En la verdadera gravedad cuántica, supongo que los cambios de frecuencia podrían cuantificarse. Pero no sé si tenemos una forma bien aceptada de calcular esa cuantización, y creo que mi respuesta es válida siempre que mantenga GR clásico.
@David: claro, en GR clásico está bien. En cuanto a esa verdadera gravedad cuántica: la teoría de cuerdas sería un poco exagerada aquí, creo :) Simplemente cuantice GR linealizado en un fondo de Schwarzschild.
lo que quise decir fue, ¿se reconoce la frecuencia dada de un fotón como un valor que puede tomar cualquier valor tal que no haya un incremento mínimo discreto en el que la energía de un fotón pueda ganar o perder?
@HAL: bueno, esa pregunta es difícil de responder. Actualmente, nuestras teorías se basan en el intercambio de partículas y la energía se puede transferir continuamente en esta imagen (porque las partículas intermedias también pueden tener cualquier energía). Sin embargo, puede ser que por alguna razón esta imagen se modifique y la energía sea discreta a escalas muy pequeñas. En cualquier caso, uno necesitaría gravedad cuántica completa como dijo David.
@Marek: Según tengo entendido, el diagrama fotón-gravitón es divergente en el nivel del árbol si solo cuantificas la gravedad linealizada. Los acoplamientos gravedad-materia son peores que el autoacoplamiento gravitatorio.
@Jerry: para ser honesto, no estoy muy familiarizado con estas cosas, pero pensé que funciona porque la gente lo usa para varias aplicaciones. ¿Es la divergencia esencial en algún sentido (es decir, peor que las divergencias habituales en QFT)?
@Marek: Sé que hay formas de lidiar con eso, pero mi conocimiento sobre la reacción inversa en la gravedad semiclásica es bastante limitado. Estoy bastante seguro de que el único sentido en el que estas divergencias son peores que las de QFT es el hecho de que la teoría subyacente no es renormalizable, por lo que las divergencias empeoran en un orden cada vez mayor.
¿La energía potencial para un fotón dado aumenta o disminuye en cuantos?
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