Otras carreras Interferencia o no

[Pola]

Buenas tardes.

Tengo una pregunta que igual de puro simple se cae, pero la verdad es que he estado mirando sobre el fotón y sobre la interferencia de la luz en wikipedia y sigo sin encontrar la respuesta.

Tengo la idea de que el fotón es un bosón, con spin 1 y que por tanto no está sujeto al principio de exclusión de Pauli. Por ésta razón pienso que dos fotones pueden estar en la misma posición en el mismo estado sin interferir entre sí.

Pienso también que todo lo que veo en mi habitación es consecuencia de montones de ondas de luz que entran por diferentes ventanas, rebotan en todas la paredes y objetos en todos los ángulos imaginables, y que se cruzan en todas direcciones sin interferir entre sí hasta llegar a mi retina; lo que me permite tener una imagen diáfana de todo lo que veo.

Y por otro lado, tengo en la cabeza la idea del experimento de la doble rendija, donde un fotón interfiere consigo mismo.

Mi duda es si las ondas de luz interfieren consigo mismas o no. Y si no interfieren, porqué se habla de interferencia en el experimento de la doble rendija.

[arivasm]

Re: Interferencia o no

Tengo la idea de que el fotón es un bosón, con spin 1 y que por tanto no está sujeto al principio de exclusión de Pauli. Por ésta razón pienso que dos fotones pueden estar en la misma posición en el mismo estado sin interferir entre sí.

Estás interpretando incorrectamente el principio de exclusión. Léelo de nuevo: https://es.wikipedia.org/wiki/Princi...3%B3n_de_Pauli

Verás que no se menciona para nada ni lo de estar en el mismo sitio ni lo de interferir.

Aprovecho para insistir (pues lo he escrito en innumerables hilos) que es un error pensar que el fotón, o el electrón, o cualquier partícula es un puntito. Se incumpliría el principio de incertidumbre. No hay dos fotones en la misma posición. Los fotones determinan la energía de un campo electromagnético, que ocupa todo el espacio.

[Julián]

Re: Interferencia o no

Tengo la idea de que el fotón es un bosón, con spin 1 y que por tanto no está sujeto al principio de exclusión de Pauli. Por ésta razón pienso que dos fotones pueden estar en la misma posición en el mismo estado sin interferir entre sí.

Pienso también que todo lo que veo en mi habitación es consecuencia de montones de ondas de luz que entran por diferentes ventanas, rebotan en todas la paredes y objetos en todos los ángulos imaginables, y que se cruzan en todas direcciones sin interferir entre sí hasta llegar a mi retina; lo que me permite tener una imagen diáfana de todo lo que veo.

Tienes un concepto errado de la luz, siendo más específico de la radiación electromagnética. Los fotones no son puntos que entran, es decir, no podemos asignarle una posición, no existe un operador posición para la radiación electromagnética . El fotón es una cuantificación del momento, energía del campo electromagnético.



Pues este gif representa el campo electromagnético irradiado por un WAP ("wifi"), se puede apreciar además claramente la fuente de la radiación. Si bien la longitud de onda es mucho mayor a la radiación visible y además el gif muestra una señal coherente continua (hecho que no sucede en un WAP y mucho menos en la radiación solar, por cierto una señal coherente es una señal que mantiene su relación de fase).
Lo interesante es que puedes ver los valores máximos y mínimos del campo electromagnético, y como este "se dispersa" por las diferentes aberturas que según sus anchuras generan difracción. Y a su vez puedes ver el efecto de las reflexiones y transmisiones en los diferentes medios. Como el medio (aire) está delimitado por otro (paredes) debido a las reflexiones y transmisiones de la onda se forman una onda estacionaria. Fijate pues que ademas existe valores de campo no nulo dentro de las mismas paredes, ya que la onda es transmitida y reflejada y por lo tanto además se evidencia la onda estacionaria en dicho medio.

A si que no hay "montones de ondas de luz", sino que el campo electromagnético es uno y existe en todo el espacio, eso si, toma diferentes valores en diferentes puntos y por sobre todas las cosas interacciona con la materia "transfiriendo" valores discretos de energía y momento.Para longitudes de onda muy grande, como las ondas de radio, la interaccion con la materia, como las cargas libres en una antena se realiza en cuantos de energía tan pequeños que macroscópicamente "da la sensación" que la transferencia de energía es continua.

Ahora, no pienses que toda la radiación es coherente, sino que no mantiene su relación de fase y por lo tanto se modela matemáticamente como una combinación lineal de funciones armónicas (n fotones).

Mi duda es si las ondas de luz interfieren consigo mismas o no. Y si no interfieren, porqué se habla de interferencia en el experimento de la doble rendija.

Toda onda tiene la propiedad de interferencia es lo que hace a una onda diferente de una partícula, en el gif, debido a la interferencia se produce el patrón que se observa y se "repite" (onda estacionaria). Ahora, ya de por si se consideraba la radiación electromagnética una onda, así que no es sorpresa el patrón de interferencia al hacer incidir radiación coherente a una rendija, a diferencia del patrón de interferencia del electrón, que se consideraba una partícula. Lo que si fue una revolución fue el efecto fotoeléctrico, ya que lo que se modelaba como una onda interacciona con la materia en valores discretos a diferencia de lo que se pensaba.

[Pola]

Re: Interferencia o no

Gracias por vuestras respuestas. Veo que estaba confundido en algunos de los conceptos que tenía en la cabeza.

He leído el link de Arivasm sobre el principio de exclusión, y veo que efectivamente, no se dice en él nada respecto a la posición.

Por otra parte, no sabía que el campo electromagnético llenara todo el espacio. Pensaba que se generaba desde la fuente que emite la energía electromagnética.

He de decir que mi pregunta la planteaba pensando en el fotón como en una onda, no como en una partícula. El gráfico de Julian me resulta de difícil interpretación.

Tal y como lo pienso en éste asunto tras vuestras explicaciones, es que hay un campo electromagnético que existe en todo el espacio; (lo que por cierto, me trae a la cabeza al famoso éter y al campo de Higgs, que también tiene sus detractores).

Pero dejando éso aparte, lo que sucedería entonces es que ése campo oscila, transmitiendo la energía electromagnética. Mi duda entonces es: ¿las oscilaciones de ése campo interfieren entre sí? De vuestras respuestas, parece desprenderse que sí; y entonces me surge la pregunta: ¿y por qué vemos las cosas nítidamente si hay interferencia entre todas las oscilaciones del campo que se producen si tengo varias ventanas abiertas y varias bombillas encendidas?

Gracias

[arivasm]

Re: Interferencia o no

¿y por qué vemos las cosas nítidamente si hay interferencia entre todas las oscilaciones del campo que se producen si tengo varias ventanas abiertas y varias bombillas encendidas?

Tu pregunta es de Física ondulatoria. La longitud de onda de la luz visible es del orden de la décima de micra. La apertura de una ventana es decenas de millones de veces mayor. Para que haya fenómenos ondulatorios apreciables debidos a una rendija, como es una ventana, el tamaño de ésta debe ser comparable a la longitud de onda de la luz. Por eso no causan efecto alguno sobre la luz visible y sí sobre ondas de longitud metros o decímetros, como son las que aparecen en el ejemplo de Julián.

Sobre las bombillas, la luz que emiten no es coherente. Dicho de manera sencilla, la onda luminosa que emiten tiene ruido, tanto en el tiempo como en el espacio. Para apreciar fenómenos de interferencia es preciso emplear luz que carezca de tal ruido, como por ejemplo la que emite un láser. Por eso la experiencia de la doble rendija no sale si se usa la luz de una bombilla y sí con un láser (y con rendijas realmente estrechas, por la razón mencionada antes).

Por último, nuestros ojos son unos detectores muy malos. Nos conformamos con poca cosa para considerar algo nítido. Los televisores son un ejemplo magnífico para entender a qué me refiero. No hay más que comparar lo que apreciamos en ellos a simple vista con cómo son en realidad, según podemos comprobar con una lupa.

[Julián]

Re: Interferencia o no

Por otra parte, no sabía que el campo electromagnético llenara todo el espacio. Pensaba que se generaba desde la fuente que emite la energía electromagnética.

Claro que si, es más, donde no hay radiación se considera que la amplitud del campo es nula. Pero siguiendo los enunciados de la teoría cuántica de campos ningún campo tiene valor de energía nula sino que existe un valor de energía mínimo. Las fuentes aportan energía al campo, la cual se dispersa en el espacio siguiendo una disminución de intensidad en ondas isotrópicas proporcional a 1/r^2.

¿y por qué vemos las cosas nítidamente si hay interferencia entre todas las oscilaciones del campo que se producen si tengo varias ventanas abiertas y varias bombillas encendidas?

La interferencia es la suma de los valores de las ondas individuales, puede ser destructiva o constructiva completamente según la relación de fase. Ni la luz solar, ni la luz artificial (a menos que sea un laser) producen radiación coherente, y a su vez no es monocromática sino que tienen un espectro en rango de longitudes de onda. Tampoco guardan una relación de polarización fija. De esta manera no se generan patrones de onda estacionaria. El gif anterior quizás fue un error incluirlo pero lo que intentaba demostrar es dejar de lado el concepto de la radiación electromagnética como bolitas sino más bien como la perturbación del campo electromagnético.

Si observáramos el campo eléctrico de la radiación visible en el dominio temporal de una fuente artificial o el sol tendría una forma más parecido a esto:



Donde en negro se observa el campo eléctrico en el diagrama temporal y en azul su distribución en longitudes de onda. Si bien la distribución de longitudes de onda de esa señal siguen una distribución normal, en el caso de la radiación solar, siguen la ley de plack, cuya forma de distribución y valor máximo (moda) dependen de la temperatura del cuerpo.

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Planck

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_coherente

Nuestros ojos están formados por conos y bastoncillos. Los Conos son de 3 tipos y detectan la intensidad promedio de la radiación dentro de intervalos de longitudes de onda fijas (rojo, verde, azul). Hasta una señal armónica coherente, la cual tiene una forma forma senoidal tiene un valor de intensidad promedio mayor a cero, por más que tiene valores instantáneos nulos.

$\dst {I}_{m} = \frac{1}{\mu c} {{E}_{ef}}^2 \neq I(t)=\frac{1}{\mu c} {{E}(t)}^2$

Donde ${I}_{m}$ es la intensidad media, activa o promedio. ${{E}_{ef}}$ es el valor eficaz (media cuadrática) del campo eléctrico en el cono y $E(t)$ el valor instantáneo en el cono.

Como dice arisvam, nuestros ojos son detectores muy malos, no pueden seguir el valor instantáneo de la radiación visible, sino veríamos la luz del laser "incrementarse y decrementarse" o simplemente la luz no coherente titilear. Pasa lo mismo con la señal de la red de distribución de energía domiciliaria, la cual tiene una forma de onda senoidal, si tocas (agarras el cable de fase pelado con todo el puño) la fase vas a sentir dolor y contracción aunque el musculo se está constrayendo 50 veces por segundo. Por algo se habla de potencia como potencia media o activa y no como la potencia instantánea. El valor instantáneo poco importa en la práctica.

[Pola]

Re: Interferencia o no

Pues gracias por las respuestas. Ahora lo entiendo un poco mejor. Aunque hay muchas cosas que se me escapan. He leído los link sobre la ley de Plank y la coherencia y veo que detrás de todo esto hay mucha más cera de la que arde.

Ahora me viene un pensamiento a la cabeza: si lo entiendo bien, tenemos al menos tres campos en el espacio "vacío": el campo electromagnético, el campo gravitatorio y el campo de Higgs....

[Julián]

Re: Interferencia o no

Ahora me viene un pensamiento a la cabeza: si lo entiendo bien, tenemos al menos tres campos en el espacio "vacío": el campo electromagnético, el campo gravitatorio y el campo de Higgs....

Pues, si supieras por donde andan los físicos. Es un tema para otro hilo, pero siendo que un poco sigue la teoría ondulatoria y perturbaciones. En sí, toda partícula fundamental del modelo estándar son perturbaciones de un campo cuántico.

https://francis.naukas.com/2013/01/0...ica-de-campos/

[Pola]

Re: Interferencia o no

Interesante el concepto de spin, visto desde la Tª Cuántica de campos. Gracias