Frente de ondas

[Avicarlos]

Re: Frente de ondas

[FONT=arial]Tal cual. Me pillaste. Estoy asemejando un tipo de ondas clásico con el cuántico. Y este es mi principal problema. También con mi modo de imaginar a estas ondas, el principio de incertidumbre es válido, pero acotado a la longitud de onda del fotón.
Si me dices que las teorías son tan dispares que no se corresponden, habré terminado mis consultas ya que después de cinco años que llevo intentando compaginar unas teorías con otras, no solo no lo logré, sino que tampoco nadie dio explicación.

Por lo que puse de fotones clones, me refería a todos con la misma frecuencia y polaridad. Como si fueran idénticos. Cosa que llegarían a ser si ocuparan el mismo punto espacial y otra de las ideas que me inculcaron, o yo así lo entendí, es que ello es factible ya siendo puntos adimensionales pueden hallarse en el mismo lugar.y tiempo.

Claro que en este caso, creo que la intensidad de su energía vendría multiplicada por la cantidad de fotones que se juntaran. ¿Es eso posible?. Con ello no se varía la frecuencia. Siguen siendo fotones de su propia energía sin modificar, pero sí, ejercen presión doble, o la correspondiente a su cantidad, recibida por unidad de superficie.

Si le ves objeto, seguiría con mis dudas, que ansioso estoy de salir de ellas. Y ver como estas partículas de energía funcionan individualmente, que no por densos flujos.

Distingo bien el frente de ondas de la longitud de onda de la partícula, pero ¿Es esa, la asociada?. Y ¿porqué paquetes de ondas, cuando los constituye un solo fotón?. Y ¿no disminuyen su intensidad al avance de su radiación?. El frente de ondas adquiere dimensiones descomunales mientras que las partículas se van separando. ¿O,no?.

Creo que ya van demasiadas preguntas de una tacada. Si te parece, seguiré en próximos mensajes. Disculpa si resulto pesado. Gracias.

Saludos de Avicarlos.[/FONT]

[arivasm]

Re: Frente de ondas

En el punto de vista cuántico la onda asociada es similar a la clásica, con la diferencia de que su amplitud no describe un campo electromagnético, sino la probabilidad de que en cada instante y posición se deposite, en una interacción, energía de tipo electromagnético. Usualmente asociamos el término fotón al resultado de esa interacción (puntual y localizada en el tiempo). En el fondo es lo mismo que cuando tratamos de relacionar el concepto de electrón con el de orbital atómico; preguntarse si el electrón "es" el orbital o bien es el objeto que se detecta en una interacción, cuya propabilidad está gobernada por el orbital, no deja de ser una cuestión semántica, por cierto, objeto de enormes discusiones que prefiero que no se incluyan en este hilo, aunque sólo sea porque en el foro encontrarás algunos otros dedicados a esa cuestión.

Siendo rigurosos, el número de fotones es simplemente una medida de la energía de la luz, expresado en unidades $h\nu$ (en el caso de fuentes monocromáticas -por supuesto forzando el término sin considerar la inevitable anchura de banda que obliga el principio de incertidumbre-), tal como Planck descubrió al respecto de la energía electromagnética.

Hablas de que la intensidad de la luz manejando la idea de fotones que se juntan. No sé bien a qué te refieres exactamente con este último término. El concepto es otro: la intensidad de la luz mide, una vez multiplicado por $h\nu$ (como antes seguiremos con fuentes monocromáticas ideales), el ritmo al que se producen las detecciones de los fotones por unidad de tiempo y superficie. De algún modo es semejante a contar gotas de lluvia por m² y s; no se trata de que lleguen "macrogotas" formadas por gotas que llegan a la vez. Eso sí, tengamos claro que esto último es una analogía, puesto que el fotón es un objeto bastante más esquivo y extraño que una gota de agua: sólo se materializa como tal en una detección; algo parecido a que lloviese pero sólo pudiésemos ver las gotas una vez que golpean el suelo, pero no antes.

Respecto de la presión de radiación ciertamente se trata de un cómputo de la transferencia de momento lineal por unidad de tiempo y superficie. Como cada fotón porta una cantidad de momento lineal que es proporcional a su energía, $p=h\omega/c$, el concepto es totalmente análogo al que acabamos de exponer. Para que la presión sea doble lo que hace falta es duplicar el ritmo (fotones/s) que llegan a la unidad de superficie del detector.

Con relación a la longitud de onda asociada, la que proporciona la ley de De Broglie es la misma que corresponde a la onda clásica que describe tan adecuadamente la luz cuando la energía de ésta es tan alta como para poder prescindir del carácter discreto de la misma (algo parecido a lo que sucede cuando el número de moléculas de agua es tan enorme que podemos pensar en un líquido continuo).

La referencia a paquetes de onda para un único fotón es inevitable: si la fuente emite una cantidad de energía tan sumamente pequeña, no podremos emplear como descripción adecuada un tren de ondas. De todos modos, fíjate en lo que marca al respecto el principio de incertidumbre: un incertidumbre infinita para el tiempo (en cuyo caso habrá que recurrir a una descripción como tren de ondas) es la única compatible con una incertidumbre nula en la energía del fotón emitido (que es lo mismo que afirmar que poseerá una frecuencia y longitud de onda perfectamente definidas).

Ahora bien, fuera de esa situación, no quedará más remedio que recurrir a una descripción más elaborada, que incluirá inevitablemente una anchura de banda para la frecuencia y longitud de onda del fotón emitido (y entonces, de la onda asociada).

Terminaré refiriéndome a la disminución de la intensidad, si la onda es esférica: acudiendo a la descripción que señalé antes acerca de la intensidad y el ritmo de detección de fotones por unidad de superficie, no tiene sentido referirse a disminución de intensidad para un único fotón; lo que podemos expresar es la disminución con la distancia a la fuente de la probabilidad de detección. Por supuesto, si en lugar de un único fotón la fuente emite un número suficientemente alto, esa disminución de la probabilidad de detección tendrá una traducción directa en disminución del ritmo de detecciones por unidad de superficie, lo que equivale a afirmar una reducción de la intensidad de la luz con la distancia.

[Avicarlos]

Re: Frente de ondas

Hoy debe ser mi día de júbilo esperado de años. En pocas horas dialogo con personas como tú que con tanta precisión me aclaran conceptos. Y más aún cuando veo que una vez traducidos a mi mente, no me apartan de lo intuido, aunque no sepa expresarlo adecuadamente por mi llegada aquí, con mínimos estudios del siglo pasado.

Pues siguiendo con las innumerables dudas que mantengo, me gustaría que me corrigieras en mi idea:

Los fotones emitidos de focos lejanos, por radiación tienen obligada la disminución de intensidad conjunta (grupo de fotones por unidad de superficie), pero no la propia de cada fotón que sigue siendo su misma energía hv. Lo que me refería era a la intensidad creciente en tiempo, por acumularse en una misma detección los fotones que llegan en la misma unidad de superficie.

Un ejemplo es la necesidad de permanecer horas enfocadas galaxias, para obtener un mínimo de píxeles. Lo atribuyo a que el frente de ondas es casi plano y los fotones que lo componen se hallan separados también entre sí, por grandes distancias. Lógicamente, si son fotones luz, su longitud de onda, es insignificante ante estas separaciones. Por ello y otras cuestiones (podría citar), entiendo que únicamente en estos casos podrían captarse de uno en uno.
Sin embargo, las abundantes lecturas de divulgación por la red, dan por hecho que esto no solo es posible en laboratorio sino que dan como reconocida la obtención de los mismos mediante láser, u aparatos sofisticados con garantía absoluta. Y eso no lo trago. ¿También me equivoco?.

Por cierto también dudo de que la detección en placa fotográfica, un punto sea el de un solo fotón, por dos motivos.

Primero, si vemos el punto en la placa, no es un fotón sino un múltiplo considerable. Nuestra vista no distingue superficies menores que un átomo.

Segundo, si es la reacción química del fotón con electrón, lo que vemos es el compuesto ya molecular y tras él pueden haber alcanzado asimismo miles de fotones que ya no reaccionan en esta molécula.

Saludos de Avicarlos.

[abuelillo]

Re: Frente de ondas

Sin embargo, las abundantes lecturas de divulgación por la red, dan por hecho que esto no solo es posible en laboratorio sino que dan como reconocida la obtención de los mismos mediante láser, u aparatos sofisticados con garantía absoluta. Y eso no lo trago. ¿También me equivoco?.

Buenas Avicarlos,

En cualquier laboratorio que tengan un laser, pueden bajar la intensidad del laser de modo que solo exista un porcentaje de la energia de un foton en el haz. Es decir hablando un poco mal se puede genera un haz tan debil que digamos solo 1 decimo de energia de un foton existe en el haz.
Obviamente los detectores no pueden detectar 1/10 de foton , lo que se traduce en que durante cierto tiempo no detectan nada, y ocasionalmente cada X segundos detectan un foton.

[arivasm]

Re: Frente de ondas

Los fotones emitidos de focos lejanos, por radiación tienen obligada la disminución de intensidad conjunta (grupo de fotones por unidad de superficie), pero no la propia de cada fotón que sigue siendo su misma energía hv.

Sí hay una circunstancia por la cual un fotón emitido desde una fuente muy lejana (me refiero a escalas cosmológicas) varíe su energía. Me refiero a la expansión del Universo, y el conocido desplazamiento al rojo, que equivale a reducir la frecuencia de los fotones y, entonces, su energía.

Por ello y otras cuestiones (podría citar), entiendo que únicamente en estos casos podrían captarse de uno en uno.

No sé si te refieres al problema de detectar un único fotón (los tubos fotomultiplicadores pueden obviar la dificultad que indicas, al causar un único fotón una cascada de descargas que amplifican su ciertamente débil efecto inicial, otra cuestión es el límite que eso impondrá a la resolución) o al problema de emitir un único fotón (en este caso, comparto la respuesta de abuelillo)

Por cierto también dudo de que la detección en placa fotográfica, un punto sea el de un solo fotón

Un único fotón causará, de modo análogo a lo que Einstein descubrió al referirse al efecto fotoeléctrico, un proceso fotoquímico en un único átomo de la placa. Por supuesto, el efecto visual será absolutamente despreciable. La única manera de detectar un fotón aislado es con un mecanismo fotomultiplicador.

Hoy debe ser mi día de júbilo esperado de años.

Me alegro de que coincidas con nosotros en nuestra alegría por compartir este espacio de recreo que es el Foro de Física

[abuelillo]

Re: Frente de ondas

Sí hay una circunstancia por la cual un fotón emitido desde una fuente muy lejana (me refiero a escalas cosmológicas) varíe su energía. Me refiero a la expansión del Universo, y el conocido desplazamiento al rojo, que equivale a reducir la frecuencia de los fotones y, entonces, su energía.

Para ampliar la respuesta, si no recuerdo mal tambien se produce una disminucion de frecuencia de los fotones cuando se alejan de un pozo gravitatorio, planeta, estrella, etc, para compensar su aumento de energia potencial, lo que se llama desplazamiento hacia el rojo gravitacional.

[Avicarlos]

Re: Frente de ondas

Complacido por las explicaciones de arivasm y abuelillo. Reconozco que son las respuestas más cercanas a lo pretendido que hasta hoy recibí.

Para comprender mejor aún mi interés del fotón único, lo acoto.: En primer lugar no me refiero a una energía tan débil que sea una parte de un haz de láser. No me importa tampoco que se trate de un fotón que por la expansión espacial haya alargado su longitud, o reducido su energía.
No se trata pues de si hablamos de un fotón de 1 eV, o de otro de una mil millonésima de eV. Tanto la energía del primero como la del segundo, es a tenor de un fotón único.

Luego no se ver como el fotomultiplicador es capaz de separar uno a uno un grupo que le llega aún estando polarizados en fase , e incluso de pequeña cantidad de un rayo láser. Máxime cuando tampoco vi por ningún artículo que se les pueda separar por tiempo razonable, por ejemplo 10 segundos, entre los de su entorno precedentes o posteriores por una admisión de 10^-19 segundos. (es un orden aún superior a lo que en alguna ocasión leí la posibilidad de lograr un ato segundo).

En principio por vuestra explicación, parece que lo que al menos sí está claro, que se puede obtener una energía bajísimo, pero de ello no puedo acreditar que se trate de la energía de un determinado fotón, o la suma de varios de ellos.

Saludos de Avicarlos.
Nota: No respondí antes por cuanto no hallaba el hilo. No conozco aún la mecánica del foro.

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Complacido por las explicaciones de arivasm y abuelillo. Reconozco que son las respuestas más cercanas a lo pretendido que hasta hoy recibí.

Para comprender mejor aún mi interés del fotón único, lo acoto.: En primer lugar no me refiero a una energía tan débil que sea una parte de un haz de láser. No me importa tampoco que se trate de un fotón que por la expansión espacial haya alargado su longitud, o reducido su energía.
No se trata pues de si hablamos de un fotón de 1 eV, o de otro de una mil millonésima de eV. Tanto la energía del primero como la del segundo, es a tenor de un fotón único.

Luego no se ver como el fotomultiplicador es capaz de separar uno a uno un grupo que le llega aún estando polarizados en fase , e incluso de pequeña cantidad de un rayo láser. Máxime cuando tampoco vi por ningún artículo que se les pueda separar por tiempo razonable, por ejemplo 10 segundos, entre los de su entorno precedentes o posteriores por una admisión de 10^-19 segundos. (es un orden aún superior a lo que en alguna ocasión leí la posibilidad de lograr un ato segundo).

En principio por vuestra explicación, parece que lo que al menos sí está claro, que se puede obtener una energía bajísimo, pero de ello no puedo acreditar que se trate de la energía de un determinado fotón, o la suma de varios de ellos.

Saludos de Avicarlos.
Nota: No respondí antes por cuanto no hallaba el hilo. No conozco aún la mecánica del foro.