A diferencia de lo que piensa la mayoría de la gente, podemos explicar la interferencia con el modelo fotónico de luz.
Sí, la interferencia es un fenómeno que solo se exhibe por ondas, y no por partículas clásicas.
Pero un fotón no es una onda clásica ni una partícula clásica. La palabra naturaleza dual es una especie de nombre inapropiado. No significa que la luz sea a veces partículas y otras ondas, o partículas y ondas al mismo tiempo. En cambio, en realidad significa que la luz no es ninguno. Nunca se comporta como una partícula clásica ni como una onda clásica.
La naturaleza del fotón es imposible de explicar utilizando cualquier analogía, porque no hay nada en el mundo clásico (el mundo macroscópico con el que usted y yo tengamos experiencia) que se comporte como un fotón. La interferencia de doble rendija muestra que la luz se comporta como una onda . La palabra clave aquí es ‘como una ola’. Nos dice que la luz tiene algunas propiedades que tienen las ondas. Pero está lejos de decir que ‘la luz es una onda’ (como pensamos que fue durante el siglo XX). Del mismo modo, el efecto fotoeléctrico y otros fenómenos nos muestran que la luz tiene algunas propiedades que poseen las partículas clásicas , pero de nuevo, no significa que la luz deba ser partículas.
Imagina esta horrible (pero contiene una idea: D) analogía. Un elefante tiene 4 patas como un guepardo, pero también tiene 2 ojos como un tiburón. Entonces, ¿podemos decir que un elefante es a la vez guepardo y tiburón? NO. Es un animal completamente diferente que comparte algunas propiedades con el guepardo y un pez.
Un fotón es similarmente ‘algo’ que tiene algunas propiedades similares a una ola en un estanque y una pelota de baloncesto, pero tampoco es diferente a todo lo que hayas visto antes. Por lo tanto, tratar de entender un fotón usando analogías es desesperado y frustrante.
Así que ahora tenemos un nuevo nombre para este tipo de ‘cosas’. Lo llamamos como una partícula cuántica. Ahora, por favor, no me pregunten “¿qué es una partícula cuántica?”. Solo diría fotones (y tal vez electrones, protones, neutrones, átomos, moléculas, básicamente todo en realidad, jajaja)
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Así que volvamos a tu pregunta principal. “¿Cómo explicas la interferencia de la luz usando un concepto de fotón”?
Ahora comprende el problema al tratar de “explicar”. Es imposible ‘explicarlo’ en un lenguaje que usted y yo usamos para la comunicación cotidiana (aunque pueda ser hábil y dominar la mecánica clásica y el electromagnetismo). El único lenguaje que realmente ‘te explicará’ es el lenguaje de la ‘mecánica cuántica’. Un nuevo conjunto de ecuaciones y vocabulario que hemos desarrollado para ‘hablar’ sobre partículas cuánticas. No hace falta decir que este nuevo lenguaje utiliza matemáticas muy pesadas y muy poca intuición. Porque, sea cual sea la intuición que intentemos desarrollar utilizando los ejemplos de la física clásica, terminaremos con algunas analogías erróneas que, si se extienden más allá de un límite, conducen a la frustración.
Pero no quiero dejarte colgando así. Me gustas, así que aquí hay una especie de ‘explicación’ rudimentaria en inglés, tratando de decirte lo que dice la ‘mecánica cuántica’ sobre ‘un solo fotón a través de una doble rendija’. Pero, como dije antes, no es exacto, porque cualquier explicación que le dé implicará algún tipo de comportamiento clásico, lo que sabemos que los fotones no hacen.
En primer lugar, supongamos que ejecuta el experimento, disparando 1 fotón cada hora, a través de una doble rendija, ¿qué sucede? Verá que los fotones aterrizan en un solo punto en la pantalla cada vez. Puedes imaginar que la pantalla está hecha de pequeños detectores de fotos que te dan un ‘ting’, cada vez que un fotón llega y lo golpea, y verás que siempre obtendrás un solo ‘ting’ por hora. Este es claramente un comportamiento que las partículas clásicas hacen bien? Pero si ejecuta este experimento durante 6 meses, dibuje un gráfico de ‘no. de tings ‘vs el gráfico de distancia. Obtendrás un gráfico como este
¿Qué? El no. Las cosas que obtiene de los detectores siguen claramente un patrón de interferencia. Este es el comportamiento de onda clásico.
Entonces, ¿por qué el patrón de interferencia, si un fotón fue emitido y recogido como una ‘partícula’? Entonces, como dije, el fotón no es una partícula clásica. No piense en un fotón como un ‘paquete de energía’ que tiene una ubicación precisa. En cambio, debes imaginar que ese fotón está en múltiples ubicaciones al mismo tiempo. Pero cuando interactúa con él (como tratar de detectarlo) solo lo detectará en un lugar. Pero, ¿dónde se detectará si existe en varias ubicaciones al mismo tiempo? Eso depende de la probabilidad. Resulta que puedes calcular su probabilidad de detectar en una ubicación particular usando lo que se llama la ‘ecuación de Schrodinger’. Esa ecuación tiene todas las características de una onda, por lo tanto, llamamos a esta característica ‘ ubicaciones múltiples al mismo tiempo’ , es función de onda.
Entonces, cuando un fotón es emitido por una fuente puntual, no está tomando ningún camino en particular. Puedes imaginar que sale en todas las direcciones (como una ola, pero no es una ola: D). Su probabilidad de ser detectado en cualquier punto particular (en un radio dado) es exactamente la misma. Entonces, si solo coloca una pantalla al frente, no verá nada funky (lástima)
Pero ponga una doble rendija y esta ‘función de onda’ [la probabilidad de ser detectada] en realidad atraviesa ambas rendijas e interfiere consigo misma. Por lo tanto, la función de onda se modifica y también la probabilidad de ser detectada. La nueva función de onda es exactamente la misma que la amplitud de una onda clásica a través de la doble rendija. Entonces, hay ciertas regiones donde tiene una alta probabilidad de ser detectado ahora, y ciertas regiones donde hay poca probabilidad.
Entonces, cuando captura millones y millones de fotones en la pantalla (a través de la doble rendija) ahora puede ver la probabilidad de materializarse (al igual que en cualquier experimento estadístico, ve que la probabilidad se materializa cuanto mayor sea el número de ensayos). Y es por eso que verá muchas ‘tings’ justo en el centro de la pantalla. Porque la función de onda tiene una amplitud muy alta allí. Y de manera similar, si se aleja un poco más, la amplitud de las funciones de onda casi se extingue, lo que brinda una probabilidad de detección casi nula. Por lo tanto, obtienes casi cero ‘tings’ allí.
Avísame si pude al menos intrigarte (aunque sea un poco)
