Los fotones aparecen solo en la teoría cuántica del electromagnetismo. En este último caso, no tiene sentido comparar las “amplitudes del campo eléctrico y magnético” de un fotón con otro, ya que no es el caso de que cada fotón tenga su propio campo electromagnético.
Las otras respuestas son correctas en el sentido “semiclásico”. Es decir, razonan mezclando física cuántica y clásica de manera apropiada. Es importante aprender a razonar de esta manera. Y también es importante conocer la teoría cuántica “núcleo duro”. Permítanme intentar presentar la versión más simple posible.
Para hacer esto, limitemos a un solo vector de onda (esto da la frecuencia y la dirección de propagación) y una sola polarización (esto fija la dirección del campo E y B). Ahora en el electromagnetismo clásico, se da un único número complejo, llamado amplitud clásica , que determina todo sobre el sistema: densidad de energía, amplitud máxima del campo E / B, la fase de su oscilación …
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En la teoría cuántica, debe dar un estado cuántico, es decir, un número infinito de números complejos, [matemática] c_0, c_1, c_2, …, [/ matemática] las amplitudes cuánticas de tener 0 fotones, 1 fotón, 2 fotones , … Es decir, uno puede tener una superposición de diferentes números de fotones. Ahora, los observables en física clásica (campo E, energía) se convierten en operadores (matrices) que actúan en el espacio de todos los estados cuánticos ([matemáticas] c_0, c_1, c_2, …). [/ Matemáticas] Si el estado cuántico no es un eigenvector del operador, el resultado de la medición del observable correspondiente tendrá incertidumbre. Por ejemplo, incluso si el estado cuántico es [matemático] (c_0 = 1, c_1 = 0, c_2 = 0, …) [/ matemático], el campo E no es necesariamente cero …
Espero que ahora vean por qué alegué que su pregunta realmente no tiene sentido en la teoría cuántica “núcleo duro”. La imagen es muy diferente. Entonces, ¿cómo se conecta esto con la física clásica? ¿Cómo puede una secuencia infinita de números reducirse a un número? Hay una clase de estados, los estados coherentes, que hacen el trabajo. Para cada amplitud clásica , hay un estado coherente (es decir, una secuencia de amplitudes cuánticas). Cuando los observables se miden en estado coherente, el resultado es aleatorio, pero con la menor incertidumbre posible, y el valor medio es el dado por la teoría clásica. La física clásica se vuelve válida cuando la incertidumbre es insignificante en comparación con el valor medio.
¡Así que eso es todo para la óptica cuántica en pocas palabras!
