Si las ondas de luz son más grandes que un átomo, ¿cómo pueden los electrones en un átomo absorber la luz?

La longitud de onda no es importante para la absorción. Lo importante es la energía, y que el paquete de ondas de cada fotón es lo suficientemente grande como para superponerse con el átomo en algún momento.

Supongamos que tiene luz láser a, digamos, una longitud de onda de 600 nm. Se describe mejor como una onda plana continua, pero de manera realista, y especialmente si se trata de un láser barato, la luz tiene una longitud de coherencia finita, es decir, las ondas no son perfectamente regulares, pero se podría decir que los fotones que componen la luz tener un “tamaño” finito. Esto podría ser de varias pulgadas o metros. Si intentamos encender y apagar el láser muy rápido, o bloquear el haz de alguna manera, no podemos hacer que un pulso de luz sea más corto que unas pocas longitudes de onda, es decir, unas pocas micras. Los intentos de hacerlo más pequeño, al manipular el pulso en una escala de tiempo de femtosegundos, hacen que los pulsos se describan mejor como que contienen una amplia gama de energías o longitudes de onda, según la teoría de Fourier. Y aún así, ese pulso probablemente será mucho más grande que un átomo.

Un átomo que absorbe un fotón parece tan sensible como un guepardo comiendo una ballena. Difícil de imaginar en la mente de uno.

Los electrones tienen niveles de energía claramente definidos. El salto de un nivel inferior a un nivel superior cuando un campo eléctrico externo vibra a una frecuencia correspondiente a la diferencia en los niveles de energía. Si no es una coincidencia exacta, la probabilidad de absorción disminuye, menos probable a medida que aumenta la falta de coincidencia. El hecho de que el nivel de energía anterior del electrón haya llegado a su fin, y que su nuevo nivel haya surgido, y que los fotones hayan existido solo un tiempo finito a una distancia finita del láser, todo significa que Heisenberg permite un pequeño desajuste . Los detalles de la mecánica cuántica están bien cubiertos en casi todos los libros de texto de QM de nivel universitario. Señale, la energía es lo que determina si un fotón tiene la posibilidad de ser absorbido, o simplemente volar sin verse afectado.

Cuando ocurre la absorción, la función de onda para ese fotón, su contribución al campo electromagnético total alrededor del átomo, se desvanece. Es como si un guepardo muerde a una ballena y toda la ballena desaparece. Este es el famoso “colapso de la función de onda” del que los físicos cuánticos nunca han tenido una buena explicación.

Lamentablemente, nadie ha presentado una explicación buena y satisfactoria de lo que realmente está sucediendo, aparte de decir: así es la realidad. Los intentos como la Teoría de la doble solución de De Broglie, o su forma diluida más tarde como Teoría de la onda piloto, y las ideas relacionadas de Bohm, tienen dificultades filosóficas y no pueden lidiar con situaciones más complejas. La lógica cuántica abstracta hace un buen trabajo al describir estados cuánticos, cuantos, etc. de una manera matemática abstracta, pero a menudo no proporciona ninguna conclusión satisfactoria para nuestras mentes. Muchos mundos simplemente parecen tontos, una cuestión de soplar palabras, sin ninguna matemática o imagen de lo que sucede. Hay otras formas de interpretar las cosas, pero todas se desmoronan después de pensarlo demasiado y todas tienen críticas.

Algunas formas muy abstractas de ver la teoría cuántica, como la lógica de relatividad cuántica de David Finkelstein o el “Código de espacio-tiempo” eliminan el espacio, convirtiéndolo en un concepto derivado. Esos son los enfoques de física y filosofía que prefiero. Si “espacio” no es un concepto tan fundamental, sino que se deriva de secuencias de operaciones subcuánticas, entonces tal vez no podamos hacer preguntas vergonzosas acerca de que las ondas de luz sean más grandes que los átomos 🙂

La longitud de onda es qué tan lejos viaja la luz antes de que el ciclo de radiación EM vuelva al punto de inicio de la oscilación. La ola no existe en toda la longitud de esos 500 nm. Es un fotón, que también puede considerarse como una fuente puntual de energía.