Hay dos aspectos en esto, la cuestión matemática de la contabilidad y la cuestión física de si el número de fotones incluso tiene un significado.
En primer lugar, hay al menos algunos casos en los que una fuente de fotones emite tantos fotones que son incontables. Por ejemplo, una carga eléctrica estática emite un número incontable de fotones en un intervalo de tiempo finito, y esto se denomina “catástrofe infrarroja”.
En el caso de la luz solar, cada fotón tiene una energía en un cierto rango, por lo que en un haz de energía finita es posible calcular el número promedio de fotones por unidad de tiempo, y esto es finito.
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Sin embargo, hay otro problema que no es matemático sino físico. Surge porque los rayos de luz de la vida real contienen un número incierto de fotones.
La noción de “fotones” implica que estamos hablando de usar la teoría de campo cuántico para analizar la situación, y un resultado importante de esa teoría es que la fase y el número de fotones son variables conjugadas y no pueden ser ciertas, al igual que la posición y el momento están conjugados. variables en mecánica cuántica. Tienen que obedecer el principio de incertidumbre.
La teoría del campo cuántico puede describir una variedad de estados de luz algo patológicos que no tienen un equivalente clásico, pero el estado más cercano a ser clásico es el “estado coherente”, introducido por Schrödinger. Este estado tiene una fase completamente cierta, pero un número de fotones completamente desconocido. Si de alguna manera pudiera contar todos los fotones que llegan a un haz de luz que está en un estado coherente (un rayo láser se acerca), obtendría una respuesta completamente diferente cada vez que hiciera la medición.
De hecho, es bastante difícil lograr un estado con un número conocido de fotones. Un truco para generar un estado con exactamente un fotón se llama “fotón anunciado”. Comenzamos generando fotones en pares usando la conversión descendente de la luz en un cristal, y luego al detectar un fotón de un par podemos estar seguros de que hay un fotón más en el campo.
Un famoso investigador, Willis Lamb, declaró que los físicos que deseen utilizar la palabra “fotón” en sus trabajos de investigación deberían solicitar primero una licencia. Esto se debe a que el término tiende a ser usado en exceso por personas que no entienden las limitaciones del fotón.
Lea la óptica cuántica de Scully para todos los detalles sobre esto.
