¿La amplitud de onda de las ondas EM está relacionada con la cantidad de cuantos emitidos por unidad de tiempo?

Su hipótesis es correcta con una advertencia importante: está relacionada con el número medio de cuantos.

Como otros han señalado, la luz habitual de su láser está más cerca de un llamado estado coherente, | [math] \ alpha>. [/ Math]

El estado coherente se puede representar en el espacio Fock de la siguiente manera:

[matemáticas] | \ alpha> = e ^ {- \ frac {1} {2} | \ alpha | ^ 2} \ sum \ frac {\ alpha ^ n} {\ sqrt {n!}} | n> [/ matemáticas]

Desde aquí, puede ver fácilmente que la probabilidad de detectar fotones [matemáticos] n [/ matemáticos] es:

[matemáticas] P (n) = | | ^ 2 = \ frac {| \ alpha | ^ {2n} e ^ {- | \ alpha | ^ 2}} {n!} [/ matemáticas]

Dado que es una distribución de probabilidad, probablemente pueda apreciar ahora que el lenguaje correcto para usar aquí es el lenguaje de medias y desviaciones estándar.

Ahora volviendo a su pregunta, ¿cómo se relaciona este número “medio” de fotones con la amplitud de la onda electromagnética? Para esto solo calculamos el valor esperado del operador numérico:

[matemáticas] \ bar {n} = = | \ alpha | ^ 2 [/ math]

En otras palabras, el número medio de fotones es de hecho proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda .

Es un poco más complicado. Si observa el campo electromagnético emitido por una corriente clásica (por ejemplo, una antena), el campo no tiene un número conocido de fotones. El estado cuántico del campo desde una antena es un “estado coherente”, que tiene un número indeterminado de fotones.

Probablemente sepa que para cualquier estado cuántico dado de un electrón, no se determinarán ni la posición ni el momento. Es decir, si el estado representa un electrón con posición conocida, su momento será completamente indeterminado, y viceversa. La posición y el momento se conocen como “variables conjugadas”.

Del mismo modo, el número de fotones y la fase general de un campo electromagnético son variables conjugadas. Ambos no pueden ser conocidos. Entonces, en el caso del campo de una antena donde la fase es completamente conocida, se desconoce el número de fotones. Hay una cierta probabilidad de que haya 27 fotones, otra probabilidad de que haya 45.888 fotones, y así sucesivamente.

Como normalmente no se puede contar la cantidad de fotones en el campo, tratar de calcular la amplitud contando los fotones y luego multiplicando no será tan fácil. En el ejemplo anterior donde el campo fue creado por una antena, la amplitud se puede medir directamente con un medidor de intensidad de señal, por lo que esa sería su mejor opción.

En realidad, es bastante difícil crear un campo con un número conocido de fotones. La mejor manera de hacerlo es crear los fotones en pares, y luego usar un contador de fotones para contar un fotón de cada par creado. Cuando vea un fotón, puede estar seguro de que el otro fotón del par está en el campo. Esta técnica se llama fotones anunciados.

Claramente energía total = número por energía individual a medida que tomamos fotones para no interactuar, excepto por la suma.

Necesito advertirte que es poco probable que la vida sea tan simple como esta. Una fuente de luz no proporciona luz monocromática (si existe) porque el tren de ondas tendría que ser infinitamente largo, tomaría un tiempo infinito y, en cualquier caso, los movimientos térmicos ampliarían el espectro.

También me gusta señalar que la frecuencia y la longitud de onda de la luz no es una propiedad de los fotones sino una propiedad de la observación. Un observador ve una longitud de onda diferente que otro movimiento en relación con ellos. No hay un marco estacionario para observar los fotones.

¡Vea el enlace Fotones para algunos problemas a resolver!

A2A: Sí, tu hipótesis es correcta. La amplitud se incrementa al aumentar el número de fotones (sin cambiar la distribución de las longitudes de onda) o, alternativamente, al disminuir la longitud de onda media (sin cambiar el número de fotones).

La amplitud del campo EM es proporcional a la raíz cuadrada del número de fotones N. La energía del campo es proporcional a N. Para obtener más información, puede leer las primeras secciones de Landau Quantum Electrodynamics.

La amplitud es proporcional al flujo de fotones que pasan a través de un volumen de espacio por unidad de tiempo.

Dada una fuente con una radiación constante de fotones, podemos medir la intensidad en un punto dado en el espacio lejos de la fuente de radiación EM. La intensidad disminuye con la distancia como lo describe la ley del cuadrado inverso.

Puedes verlo de esa manera, sí.

More Interesting

Cómo cambiar la ley de Planck de frecuencia a longitud de onda

¿Qué describe el número cuántico azimutal y qué valores puede tener?

¿Alguien conocedor puede explicar el enredo cuántico?

¿Qué significa que dos electrones no pueden estar en el mismo estado cuántico en el universo?

¿Qué hacen los seres no vivos cuando no los observamos? ¿Están realizando actividades como seres vivos?

Dado que [matemáticas] \ langle j | A \ rangle = \ sum \ limits_ {i} \ alpha_ {i} \ langle j | i \ rangle [/ math], ¿qué significa que [matemáticas] \ langle j | i \ rangle = \ delta_ {ij} [/ math], y ¿cómo colapsa esto la ecuación en [math] \ langle j | A \ rangle = \ alpha_ {j} [/ math]?

¿Podría calentar el aire con láser sería suficiente para dirigir un rayo?

Si las leyes de la física son reversibles en el tiempo, ¿no significa eso que el universo es determinista y que el principio de incertidumbre está mal?

Como físico, ¿cuál fue el momento más "que el universo es realmente extraño" que hayas tenido?

¿Qué significa el término "cuantizado"?

¿Por qué la gente piensa que la mecánica cuántica requiere un observador consciente?

¿Hemos estado interpretando mal la mecánica cuántica todo este tiempo?

En un campo magnético, ¿son los fotones como portadores de fuerza zumbando en arcos en c y son los mismos fotones percibidos como luz en el espacio libre?

¿Por qué los postulados de la mecánica cuántica no se llaman leyes de la mecánica cuántica?

¿Cómo o por qué hay diferentes tamaños de soles en el universo? Parece que el tamaño de todos los soles debería ser una constante.