Divulgación ¿Los fotones se desintegran?

[nikola_tesla]

Hola,

Tengo una duda.

Imaginad que estamos dentro de una habitación en la que el techo, el suelo y las paredes son de espejo. Ahora encendemos una linterna, los fotones salen de la linterna y rebotan en el techo, paredes y suelo iluminando la habitación. Apagamos la linterna y se vuelve todo oscuro. ¿Por qué? ¿Dónde van los fotones que han sido emitidos por la linterna? ¿Se desintegran?

Saludos.

[javirk]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Esa misma pregunta la hice yo hace un tiempo, por lo tanto, te voy a contestar.

Por el principio de conservación de la energía, sabemos que "la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma", pero, ¿son los fotones materia? ¿acaso tienen masa? Pues no, los fotones no son materia, pero también ha de conservarse la energía que llevan, por lo tanto, los fotones no se destruyen ni se desintegran ni nada parecido, ya que sino violaríamos ese pincipio/ley.

¿Entonces, que pasa con los fotones cuando se apaga la luz? Pues, como imagino que sabrás, el ojo humano sólo distingue la luz en una serie de frecuencias, lo que llamaríamos espectro visible, que comprende desde los 380 nm hasta los 780 nm. En cuanto apagas la linterna, ya no salen más fotones de ella, por lo tanto, ya no hay nada de luz en el interior. Lo que ha pasado con los fotones "arrojados" a lo largo del intervalo en el que has tenido la linterna encendida es que rebotan contra las paredes, el techo y el suelo (por muy bueno que sea el espejo) y pierden energía, por lo tanto salen rebotados a frecuencias más bajas, generalmente en el rango de infrarrojos, que no visibles para el ojo humano.

Un saludo.

[nikola_tesla]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

¿Pero aunque no son visibles siguen rebotando a una frecuencia más baja? ¿La frecuencia de éstos va disminuyendo hasta que esta es cero?

[guibix]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Buenas,

Creo Jarvik se ha confundido, lo que él describe es la fluorescencia que sólo se da en ciertos materiales y en ciertas frecuencias.

Lo que pasa es que los fotones son absorbidos por los espejos.

Supongamos que el espejo rebota el 99% de la luz. Si la luz recorre unos 3 millones de metros por segundo, en una habitación de, digamos 3m y haciendo un pequeño cálculo, nos queda que en un segundo, la luz ha rebotado 1 millón de veces, mucho más que suficiente para que no haya prácticamente fotones para ser vistos.

Saludos.

[nikola_tesla]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Entonces son absorbidos por los espejos, ¿entonces éstos no pierden energía en cada rebote? Es decir, sale un número determinado de fotones de la linterna, en cada rebote un determinado porcentaje de fotones son absorbidos y así hasta que todos son absorbidos y no hay fotones en la habitación, ¿verdad?

Ahora otra pregunta, ¿qué significa que un fotón es absorbido por el espejo?

[Pepealej]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

No entiendo mucho del tema, pero supongo que a lo que guibix se refiere es que los espejos absorben un 1% de la energía del fotón en forma de calor. Si te fijas, si aputamos con una linterna hacia un espejo, este se calienta poco a poco ¿no? Lo mismo ocurre con los espejos de tu habitación. Y, cuando el espejo absorbe toda la energía que podía absorber de los fotones, estos ya no tienen para brillar.

O eso creo

[nikola_tesla]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Pepealej según tú los fotones no son absorbidos sino que pierden energía en cada rebote hasta dejar de brillar, ¿según tú los fotones perderían energía hasta 0 pero seguirían rebotando?

[Pepealej]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Uff.. ahí me has pillado. Como dije; no entiendo mucho del tema. He leido algunas cosillas pero sólo de pasada. Nunca me he preguntado eso. Además, tampoco se mucho acerca de los fotones y su naturaleza. No se siquiera si se forman cuando se enchufa la lámpara o ya están ahí. Lo siento, no puedo decir más; era sólo una sugerencia

Buendo, aunque ahora que lo pienso. Antes han dicho que los fotones no son materia, sino energía. Si estos pierden toda su energía chocando y chocando con las paredes del espejo, pues al final no queda energía y, por tanto, no hay fotón ¿no?

[nikola_tesla]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Buena pregunta la de si se forman cuando se enciende la linterna. A ver si alguien nos saca de este mar de dudas.

[guibix]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Para entender esto apropiadamente se tiene que entrar en mecánica cuántica y ni el apartado es el adecuado ni yo soy ningún experto.

Aún así, puedo hacer una gran simplificación para aclarar algunas cosas:

Primero, el 1% de fotones que se absorben es en realidad la probabilidad de que un fotón cualquiera sea absorbido. No se puede saber si será absorbido o no, pero se puede saber con qué probabilidad lo será.

La energía que "se pierde" son simplemente fotones absorbidos, no hay una pérdida en cada fotón, sino un número de fotones "perdidos".

Todos los átomos/moléculas tienen una cierta cantidad de energía cinética, ya sea porqué vibran o porqué sus electrones tienen un cierto nivel de energía. La energía cinética media en un aglomerado de átomos/moléculas es su temperatura. Una parte de esa energía se "pierde" en forma de emisión de radiación (fotones), que contienen la cantidad exacta de energía "perdida" y su energía depende excusivamente de su frecuencia.

Estos fotones pueden "chocar" contra otras moléculas (el espejo) y dependiendo de sus propiedades pueden ser absorbidos o reflejados con cierta probabilidad. Si son reflejados, siguen con su energía cambiando solo de dirección. Si son absorbidos, la energía que contienen se tranfiere a las moléculas o en los electrones de dichas moléculas, haciendo que estas adquieran energía cinética y por lo tanto temperatura (el espejo se calienta).

Aunqué los fotones no tienen masa, al tener energía, sí que tienen momento lineal y se puede tranferir como energía cinética.

Saludos.

[nikola_tesla]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Así que es un tema de probabilidad y cuántica. Pues viendo la realidad parece que es mucho más probable que se absorban a que reboten.

[pod]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Si lo que quieres es hablar de fotones individuales, entonces en realidad desaparecen cuando chocan contra el espejo. Son absorbidos por los átomos del cristal; como consecuencia, el átomo normalmente salta a un estado cuántico superior. Entonces, pueden pasar varias cosas:

- Que la energía absorbida se utilice para provocar oscilaciones de la red cristalina. Esto es relativamente poco probable, ya que dichas oscilaciones (llamadas "fonones") suelen llevar asociado bastante momento, y los fotones tienen poco.

- Que la energía se utilice para crear otro fotón similar al original, que saldrá en una dirección arbitraria. Sin embargo, no todas las direcciones son igualmente probables. Si la dirección es hacia dentro del cristal, lo más seguro es que el nuevo fotón vuelva a ser absorbido (por eso "parece" que la luz va más lenta en el interior de un medio); y eventualmente colisionará contra el fondo plateado del espejo. Si la dirección es hacia afuera, entonces puede salir en cualquier dirección, pero la dirección dominante (la más probable) es la que da la ley de la reflexión. Por eso, cuando en vez de fotones hablamos de ondas completas (compuestas de miles de millones de fotones), sólo notamos la dirección dominante.

- Que salga un fotón de menor energía (o menor frecuecia). Esto sólo ocurre en unos pocos materiales, los fluorescentes o fosforescentes (por ahí hay un post muy bueno de Dramey, si no recuerdo mal, que explica la diferencia). Para el cristal normal podemos ignorar este efecto.

El primer caso es lo que llamamos "absorción". Por muy bueno que sea el espejo, nunca refleja el 100%. Por eso, con cada refracción se pierde energía lumínica (eso si, dicha energía siempre está en fotones diferentes, ya que se destruyen y re-crean con cada reflexión). Aunque se refleje el 99%, en sólo mil reflexiones se habrá perdido el 99,996% de la energía. Si los espejos están separados un metro, en un solo segundo habría unas 300mil reflexiones, así que imagínate.


Por otra parte, los fotones no pueden desintegrarse por si solos. Son la partícula más ligera con sus números cuánticos, por lo que cualquier desintegración involucra siempre otras partículas. Un fotón en el espacio vacío es eterno.

[Pepealej]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Y, cuando los fotones chocan contra las paredes del espejo ¿pierden totalmente su energía?

[guibix]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Y, cuando los fotones chocan contra las paredes del espejo ¿pierden totalmente su energía?

Si son absorbidos, más que perderla toda, la transfieren toda.

[pod]

Re: ¿Los fotones se desintegran?

Y, cuando los fotones chocan contra las paredes del espejo ¿pierden totalmente su energía?

Dejan de existir. Más tarde se crea otro diferente (aunque indistinguible) con la misma energía.