¿Cómo emite fotones la onda electromagnética?

Answer 1

Las ondas electromagnéticas no emiten fotones. Son fotones en gran número, al igual que el agua son moléculas de H2O en gran número.

En más detalle, la física cuántica de la luz es la siguiente. La ecuación de Maxwell sin fuente le indica todos los modos posibles de ondas electromagnéticas (EM). Lo que dibujó en su pregunta es un modo: está determinado por un vector de onda (es decir, la dirección de propagación y la longitud de onda) y una polarización (es decir, la dirección del campo eléctrico, en términos generales). Una onda EM clásica en modo mono viene dada por un modo y una amplitud. Este último es un número complejo que indica la fase y la intensidad del modo de onda (que es proporcional a la energía transmitida por la onda). Entonces puedes combinar ondas monomodo. Ahora, la “única” diferencia en la física cuántica es que la amplitud de un modo no puede tomar ningún valor continuo, sino que debe ser tal que la energía del modo deba ser un número entero veces [math] hf [/ math] donde f es la frecuencia del modo y h es la constante de Planck. El número entero es el número de fotones en este modo. Cuando la escala de energía es mucho mayor que h, no se puede sentir la discreción y recuperamos la imagen clásica de intensidad de valor continuo. Entonces, mientras que una onda EM clásica es un campo EM que oscila con algunos modos, en física cuántica, algunos fotones (cuantos de energía) se encuentran en estos modos.

Una onda EM clásica no crea otra onda EM a menos que haya materia cargada que interactúe con ella. Del mismo modo, no crea fotones, reales o virtuales. Los fotones pueden ser creados (emitidos) o aniquilados (absorbidos) por partículas cargadas, como electrones y protones (u objetos compuestos que constituyen, como átomos). Esa es la única forma en que interactúan [*]. De lo contrario, simplemente se sientan en su modo, es decir, simplemente viajan a la velocidad de la luz.

[*] La interacción fotón-fotón se predice en la electrodinámica cuántica, pero no se observa directamente hasta el momento. Probablemente lo será, pero uno necesita fotones de muy alta energía para hacerlo.

Answer 2

De acuerdo con la interpretación de Copenhague y la electrodinámica cuántica, una onda electromagnética es la amplitud de probabilidad cambiante a lo largo del tiempo para encontrar un fotón en cualquier lugar del espacio 3d, según la interpretación de Copenhague y la electrodinámica cuántica.

Esta amplitud de probabilidad no es un valor tridimensional, sino uno bidimensional: un número complejo. Si colocara este número complejo dentro de un cartesiano con su valor real en x, y su valor imaginario en y, la longitud de este vector desde el origen hasta la ubicación en el cartesiano permanece igual a lo largo del tiempo, a cualquier distancia igual de una fuente de luz estable, pero la dirección del vector girará como loca en el cartesiano, a la frecuencia de esta luz particular.

Es el cuadrado de la longitud absoluta de este vector que es la probabilidad real de encontrar un fotón allí.

Por ejemplo, una onda de probabilidad muy consistente pero de baja amplitud solo tiene continuamente una baja probabilidad de encontrar un fotón allí. Si mediría una situación de luz muy baja en la que escucharía un ‘clic’ para cada fotón medido, hará clic de forma errática de vez en cuando (como el contador Geiger, que generalmente mide las frecuencias más altas del campo electromagnético), pero las olas en sí mismas no son erráticas en absoluto.

Otra cosa que notamos es que la longitud absoluta de este vector disminuye proporcionalmente a la inversa de la distancia. La probabilidad real, el cuadrado de la amplitud absoluta, disminuirá con el cuadrado inverso 4π de la distancia.

Ahora, ¿por qué usar un número complejo cambiante, si lo único que parece importar es su valor absoluto, que ni siquiera cambia a distancias iguales de una fuente de luz estable?

Eso es debido a la interferencia de diferentes fuentes de luz. Si otra fuente de luz (y cada uno de los electrones excitados en, digamos una lámpara, es otra) emite otra amplitud de probabilidad en alguna frecuencia, interfiere en algún nivel con la otra amplitud. Esta interferencia es entre los valores reales de la amplitud y entre los valores imaginarios de las amplitudes. Por lo tanto, pueden oponerse exactamente a cero, si ambas partes del número complejo se oponen por igual, o en el cartesiano: si los vectores de la misma longitud apuntan en la dirección opuesta exacta.

Tenga en cuenta que las diferentes amplitudes se añaden simplemente. No interfieren en el sentido de que interactúan, lo que se conoce como el principio de Superposición.

Answer 3

Simplemente no existe una ‘partícula’ de radiación electromagnética (emr) localizada en 3 dimensiones llamada fotón. Emr se cuantifica, lo que significa que en cualquier frecuencia dada hay un contenido de energía mínimo (E = hv). Esto generalmente se llama un cuanto de emr. El concepto de fotones se deriva de la observación de que un cuanto de emr solo interactúa con una sola partícula, de modo que en los detectores parece ser un fenómeno puntual o similar a una partícula. Sin embargo, el hecho de que el cuanto solo interactúe con una sola partícula no requiere que el cuanto sea una partícula. La radiación electromagnética es siempre un fenómeno de onda tridimensional y, por lo tanto, el propio cuanto debería considerarse un paquete de onda 4D.

Para una explicación, vea este comentario anterior: la respuesta de Bud Rapanault a Antes de que un fotón haga contacto con la materia, ¿existe? Valdría la pena su tiempo para leer algunas de las otras respuestas en ese hilo. Verá que muchos de ellos convergen de forma asintótica en la vista de “el fotón no existe” sin realmente decirlo y decirlo, por ejemplo: la respuesta de Richard Muller a Antes de que un fotón haga contacto con la materia, ¿existe?

Answer 4

No soy un físico, así que este solo será mi humilde intento, pero puedo darte una idea de cómo visualizarlo: la imagen de abajo es de la página de wikipedia de la fórmula de Euler.

La forma mostrada con la curva roja podría ser una buena visualización de las ondas electromagnéticas si los 2 nodos de ondas perpendiculares se intersecaran como en la radiación electromagnética.

Ahora, lo que debe hacer es tomar el método que se utilizó para dibujar la línea roja en el gráfico de fórmulas de Euler e intentar aplicarla a estas 2 ondas. Mi conjetura es un arco de 90 ° que se expande, se contrae y hace el mismo movimiento en el otro lado del eje yz mientras se desplaza a lo largo del eje x en un bucle. Espero que esto ayude.

Actualización sobre 28.5: He leído las otras respuestas científicamente correctas sobre cómo las ondas electromagnéticas no emiten fotones y son los fotones en sí mismos. Incluso si este es el entendimiento común de la física actual, creo que todavía debería haber suficiente espacio para la imaginación cuando el tema no es tan “ligero”.

A menudo leo que estamos viajando con la velocidad de la luz en la dirección del tiempo en varias fuentes como esta (¿El tiempo viaja a la velocidad de la luz?)

Con este tipo de pensamiento, podemos ver la luz como un ser bidimensional (no sé cómo llamar, ¿quizás un objeto?) Que existe en el plano yz del gráfico anterior, encogiéndose y expandiéndose entre los campos eléctrico y magnético, dependiendo de La magnitud de los campos. El eje x, que viaja con la velocidad de la luz, representa su propio eje temporal. Si es un ser bidimensional, no debería tener ningún grosor, por lo tanto, tampoco debería tener ninguna masa y esto también se ajusta a las ondas electromagnéticas que carecen de masa.

Answer 5

Las ondas electromagnéticas no emiten fotones. Son fotones en sí mismos. Poseen tanto ondas como caracteres de partículas.