Si los fotones no interactúan entre sí, ¿cómo se crean las interferencias positivas y negativas?

Un solo fotón se acerca a dos rendijas. Es posible calcular la probabilidad de que el fotón llegue a diferentes lugares en la pantalla. Los cálculos muestran que existen lugares alternos de alta y baja probabilidad. Estas ubicaciones coinciden exactamente con las bandas claras y oscuras vistas en un patrón de interferencia. En efecto, un solo fotón produce un patrón de interferencia. Si se dispararan fotones de uno en uno y se permitiera formar una imagen, vería el patrón de interferencia.

Ahora, si envía muchos fotones a la vez, no interactúan (*) cada fotón hace lo que hubiera hecho si fuera solo. (¡no saben que los otros fotones están ahí!) Donde la probabilidad de detección en un fotón es alta, se detectan muchos fotones, pero no donde la probabilidad es baja.

El patrón de interferencia observado es simplemente la suma de lo que hacen muchos fotones individuales.

(*) Algunos dicen que los fotones interactúan: hablan de energía extremadamente alta en el CERN. También hablan sobre la presencia de iones pesados. Entonces, en el contexto de un experimento de doble rendija, no es útil insistir en que los fotones interactúen. Los fotones son bosones y no fermiones. No obedecen el principio de exclusión de pauli y, por lo tanto, “no ocupan espacio”

Creo que te refieres a los patrones de interferencia que se crean, por ejemplo, cuando un fotón pasa a través de dos rendijas. La respuesta es muy simple. Si en un punto dado hay una contribución al campo desde una ranura que es positiva y una contribución desde otra ranura que es negativa, entonces se cancelan y el campo neto se reduce. Por otro lado, si ambos son positivos, entonces se refuerzan y el campo neto es mayor que cualquier contribución. Para ilustrar eso, aquí hay una imagen de las ondas de agua haciendo lo mismo, tomada de mi libro.

La interferencia ocurre cuando dos campos convergen en un punto en el espacio y se refuerzan o cancelan entre sí, dependiendo de la dirección de sus fuerzas. Un ejemplo es la forma en que los despertares de dos barcos se superponen y producen un patrón de picos y valles, dependiendo de cómo se unan en un punto dado. Otro ejemplo se muestra en la Fig. 3-3 (a), que es una fotografía de ondas de agua que pasan a través de dos aberturas hacia un tanque. Las áreas claras y oscuras corresponden a picos y canales en el agua.

Figura 3-3. (a) Foto de ondas de agua que emanan de dos aberturas en la pared de un tanque (flechas). A medida que las olas se extienden, se refuerzan o cancelan entre sí, produciendo picos y valles (áreas claras y oscuras).

Dos fotones pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo. Nunca se perciben entre sí directamente y nunca interactúan directamente . Como discuto en otra parte sobre Quora, la interacción aparente fotón fotón está en realidad mediada por partículas virtuales, electrones y positrones. Los fotones nunca interactúan con nada excepto electrones y otras partículas cargadas.

Dicho esto, las ondas de luz, por supuesto, interactúan directamente .

Entonces, al tratar la luz como una onda , obtienes interferencia, una interacción, que puede interferir o mejorar. Tratando la luz como una partícula , no obtienes interacción y no obtienes interferencia.

No hay una manera simple de entenderlo mientras se es preciso y preciso sin profundizar en la superposición, el enredo y demás. La dualidad de partículas de onda es lo esencial misteriosamente bello y espeluznante de la teoría cuántica.

Quien dice que no interactúan, si puedes filtrar dos fotones de diferentes tipos de agua y guiarlos para que se enfrenten de colisión, colisionarán como dos partículas, son dos cuantos (paquete de energía), pero como ondas como, pueden interferir, ya sea de manera constructiva o destructiva, depende de su diferencia de fase.

La cuestión es que la luz se propaga como una onda y, como sucede con todas las teorías científicas, las teorías posteriores solo pueden agregar propiedades a eso.

Es así con la teoría cuántica de la luz que describe la interacción de la luz con sistemas especiales (cuánticos).

La palabra fotón solo describe los paquetes de energía discreta que registra la luz (cuando se expone a estados de interacción, es decir, niveles de electrones en un átomo)

La luz no está “compuesta” de fotones y, de hecho, la física no es la ciencia de qué o por qué es algo (en el sentido de que utiliza nociones intuitivas para describir las cosas). En física simplemente describimos el mundo natural en un lenguaje matemático y la verdad está más en las relaciones que expresan las ecuaciones que en los nombres que damos a ciertos objetos abstractos.

Que el físico use la palabra partícula para fotones es muy desafortunado desde el punto de vista educativo, ya que la palabra partícula proviene de la mecánica y promueve muchos conceptos erróneos.

Bueno, en primer lugar, los términos son interferencia “constructiva” y “destructiva”, pero no estoy celebrando, porque creo que esos términos son desafortunados y confusos. En realidad, lo positivo y lo negativo podrían ser mejores, pero creo que mejores términos serían “aditivo” e “interacciones sustractivas”.

La interferencia se puede entender mejor con un modelo de onda. Y las olas definitivamente interactúan, pero realmente no interfieren entre sí. Cuando dos ondas están en superposición, sus amplitudes se suman (o restan) y la amplitud resultante en ese punto de superposición es la suma algebraica de las dos ondas.

Pero a partir de ese instante, las olas continúan en su dirección original, a su velocidad original, con su longitud de onda original. No se interfieren de ninguna manera, así que creo que la palabra “interferencia” es una mala elección.

Además, cuando se produce “interferencia destructiva”, no se destruye nada, y cuando se produce “interferencia constructiva”, no se crea nada. Es solo que en ese momento, en ese punto, la suma de las dos ondas es más baja o más alta, respectivamente, que la amplitud de las ondas individuales. Un momento después, no queda nada permanente, y ambas olas continúan sin obstáculos, sin dejar construcción ni destrucción, a su paso.

No todos los fenómenos tienen un nombre científico que es perfectamente descriptivo de lo que está sucediendo.

No hay tal cosa como un fotón. Están en la imaginación de ciertas personas. La interferencia se explica mejor por la teoría de ondas de todos modos. Hay dos teorías en óptica: partículas y ondas. Cada uno está aquí arriba (señalando mi cabeza). Los fotones tienen su lugar en nuestro pensamiento, agitan su propio lugar. Los fotones no interactúan porque, en nuestras mentes, son una “corriente”.