¿Qué tan grande es un fotón?

Se me ocurren tres respuestas, todas diferentes, pero todas válidas. Una ilustración del problema es esta: considere una ola en el agua. Caída de una roca en un estanque quieto. ¿Qué tan grande es la ola? Bueno, se hace más grande a medida que se propaga, pero la cantidad de energía es constante (o disminuye lentamente); y tiene bordes indistintos.

Ahora, la luz es aún más extraña que una onda de agua, ya que interactúa con la materia en un punto y está sujeta al principio de incertidumbre. Entonces, específicamente:

1. Un fotón tiene aproximadamente el tamaño de su longitud de onda. Si dispara un solo fotón a un detector, no podría apuntar con mayor precisión que su longitud de onda. Del mismo modo, si tiene un objeto (como una imagen de prueba de líneas paralelas) con características más pequeñas que una longitud de onda, no puede enfocar un microscopio para obtener una línea nítida más pequeña que esa longitud (lo hice una vez, es genial, simplemente ganó t centrarse).
2. El tamaño de los fotones está determinado por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Un rayo láser diverge en un ángulo dado por Θ = 2 λ / (πw) ≈ d / z, donde λ es la longitud de onda (0.7 μm para luz roja), w = el diámetro del rayo láser en la fuente, d = diámetro de haz en el objetivo, y z = distancia del láser al objetivo. Entonces, si z es 1 año luz, entonces d es 4 mil millones de km. Incluso si envía un solo fotón al espacio, no podría predecir dónde se detectará con mayor precisión que esto.
3. Un fotón es un punto. Una vez que el detector absorbe el fotón, si tiene su detector finamente instrumentado para que la luz solo pueda ser absorbida por una de una pequeña colección de átomos, podría (potencialmente) decir cuál era, y en este sentido, el fotón no es más grande que ese átomo único con el que ha interactuado. Tenga en cuenta que el átomo es de aproximadamente 0.1 nm, y la longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente 500 nm.

Muy bien, ¿eh?

Estoy bastante seguro de que no hay una respuesta posible a esa pregunta. Un fotón es una onda , generalmente un paquete de ondas, que limita y define difusamente su “longitud” neta, pero puede ocupar cualquier cantidad de volúmenes diferentes y seguir siendo el mismo cuanto.

¿Cuál es el tamaño o el volumen de un grito ?

Me gusta la respuesta de Jess Brewer, del tamaño de un grito, y tengo un comentario:

El tamaño o volumen de un grito es el tamaño o volumen de la región en la que la presión del aire ha sido alterada porque una persona gritó. Este volumen cambia de forma y tamaño, en función del tiempo. Comienza pequeño, y se hace más grande con el tiempo. Dado que podemos escuchar a una persona gritando sin importar dónde estemos, es probable que sea como una superficie esférica en expansión, deformada y reflejada de manera locamente complicada por los obstáculos que golpea y cuyo grosor es proporcional a la duración del grito.

Estoy bastante seguro de que es lo que preguntaba la persona que publicó esta pregunta. Digo esto porque he planteado esta pregunta a los físicos en el pasado, y he tenido la impresión de que no se han llevado a cabo experimentos que darían una respuesta.

Aquí hay un video clip que muestra las ondas de agua:

Definitivamente tienen volúmenes, formas y tamaños bien definidos, en cada momento. Eso es lo que los hace reconocibles para nosotros los humanos, como ondas de agua. En general, definitivamente tiene sentido hablar sobre el volumen, la forma y el tamaño de una entidad deformable, que incluye, por ejemplo, un humano que está haciendo saltos, una nube o un huracán.

Entonces queda la pregunta, ¿cuál es el tamaño y la forma, en función del tiempo, de la región en el espacio, en la cual los campos eléctricos y magnéticos que comprenden un solo fotón, de cualquier longitud de onda específica, no son cero? ¿Es realmente una región bidimensional, como sugirió Jonathan Baker? Me resulta difícil creer que no tenga grosor, ni siquiera un grosor igual a una longitud de onda. ¿O todos dicen que el término “fotón” no se refiere a una entidad física real, sino a una mera abstracción matemática, que describe algo análogo a la cantidad más pequeña, por la cual podríamos reducir la energía de una de las aguas presentadas anteriormente? olas, y esa abstracción no dice nada acerca de cómo esa reducción de energía cambiaría la forma, el tamaño y el volumen de la onda de agua?

Radiación electromagnética – Wikipedia

¿El diagrama en el artículo de Wikipedia presentado anteriormente describe las intensidades de campo eléctrico y magnético, que son simultáneamente mayores que cero, en casi todas partes a lo largo de un segmento de línea, o ese diagrama simplemente describe la intensidad de campo eléctrico y magnético en un punto en dicho segmento de línea, en función del tiempo? Nuestras experiencias con radios, captando transmisiones de onda sinusoidal, sugieren que es la primera, en lugar de la segunda, y que la longitud del segmento de línea depende de cuánto tiempo una estación de radio se molestó en transmitir la onda, y que la longitud de cada segmento de línea describe el grosor de una superficie esférica casi (a excepción de una zona muerta), como el grosor de una cáscara de naranja, una cáscara de naranja que crece cada vez más, a medida que la onda de radio emitida se irradia hacia el espacio. Ahora, lo que tengo curiosidad es si, en algún momento, después de que viajó durante un período de tiempo suficientemente largo (digamos varios años luz), esta enorme cáscara de naranja electromagnética, se rompe, como el parabrisas de un automóvil, en muchos pedazos pequeños, que tener un espacio vacío entre ellos, cada uno con la energía de un fotón, o si de hecho, nunca fue más que una gran cantidad de pequeñas piezas superpuestas, creadas por muchos electrones diferentes en la antena de la estación de radio, que eventualmente se separan, o, si sigue siendo una región enorme y conectada, en la que la intensidad del campo eléctrico y magnético es mayor que cero. Esto último implicaría que las amplitudes de las señales de radio podrían reducirse continuamente hasta valores arbitrariamente pequeños. La opción de rotura discontinua también es algo que deberíamos poder detectar experimentalmente. El paquete de fotones que se separan del punto de vista parece ser el más consistente con nuestras experiencias con radios, tubos fotomultiplicadores y ondas rebeldes, y estos son los fotones sobre cuyas formas y tamaños tengo curiosidad.

O si la humanidad no conoce una respuesta a esa pregunta, ¿cuál es el tamaño y la forma, en función del tiempo, de la región en el espacio, en la que la probabilidad de detectar un fotón específico en un instante específico es mayor que cero? ?

Me encantaría ver una respuesta que incluya algunas imágenes, o mejor aún, algunas películas animadas.

¿Hay muchas formas y tamaños posibles? Jess Brewer sugiere que sí, y puedo entenderlo muy fácilmente debido a la analogía de las ondas de agua. Puedo imaginar fácilmente dos ondas de agua que tienen formas muy diferentes y, sin embargo, tienen el mismo golpe.

¿Cuáles son esas formas y tamaños, y existen límites conocidos en esas formas y tamaños?

¿Podría una sola onda electromagnética, de una longitud de onda específica, cuya energía es igual a la de un fotón, ocupar un volumen del tamaño del sol? Eso me sorprendería. Dadas nuestras experiencias con la luz y las sombras nítidas, uno esperaría que el volumen, de un cuadro delimitador, en el fenómeno que llamamos fotón, sea algo pequeño.

¿Cómo es que un electrón absorbe un fotón en un átomo, de modo que el electrón salte a un nivel de energía vacante y más alto?

Si utilizamos el modelo de partículas para cada uno, no podrían interactuar en absoluto, ya que ambos serían puntiagudos, por lo que no podrían colisionar.

Si usamos el modelo de onda, no hay evidencia de que la función de onda de una partícula pueda interactuar con la función de onda de otra. Entonces, nuevamente, no pudieron interactuar.

Luego, está el hecho de que el fotón solo se absorbería, si tiene la frecuencia correcta, pero, ¿cómo ‘sabe’ el electrón cuál es su frecuencia, hasta que lo haya absorbido por completo?

¿El evento de absorción es instantáneo o toma un pequeño intervalo de tiempo?

No hay una respuesta inmediata a estas preguntas. Las únicas otras alternativas son que usamos el modelo de partículas de uno de ellos y el modelo de onda del otro. O, en el espíritu de Richard Feynman, podríamos considerar ambos.

En primer lugar, podríamos usar el modelo de onda del fotón con el modelo de partículas del electrón. En términos de la onda asociada con un fotón, la onda tendrá un cierto ancho y una cierta longitud, interacciones de wrt con electrones. Entonces, tendrá un cierto volumen. Estos valores probablemente se deban a cómo y hace cuánto tiempo se creó el fotón. Supongo que estarían dentro del rango de 10 ^ -10 × 10 ^ -10 × 10 ^ -7m, o ~ 1,000X el tamaño del átomo. Entonces, definitivamente interactuaría con el electrón ‘móvil’, probablemente empujándolo a una superposición de estados, que resuenan con la frecuencia de los fotones, permitiendo una transferencia de energía completa de fotón a electrón: todo el proceso solo dura aproximadamente 10 ^ -15 s.

Usando un modelo de partículas para el fotón y un modelo de onda para el electrón, si el fotón ingresa al átomo, lo suficientemente cerca del núcleo, pasará a través de la función de onda cargada del electrón ‘móvil’, y un proceso similar al uno recién descrito, volvería a tener lugar, por la inducción de un estado resonante, seguido de una transferencia completa de energía. La transferencia debe completarse para estabilizar todo el proceso. Una transferencia parcial solo representaría un estado débilmente resonante y un proceso inestable que se revertiría de inmediato.

Estas descripciones parecen tener una probabilidad de 1, pero creo que ambas interacciones tendrían probabilidades más pequeñas, y ambas pueden, de hecho, ser bastante improbables, pero lo suficientemente probables como para producir un efecto medible.

En el primer mecanismo, el fotón tiene un volumen de 10 ^ -27 m ^ 3, en comparación con un volumen atómico de 10 ^ -30 m ^ 3. En el segundo, el volumen del fotón es cero. El volumen promedio de un fotón estará en algún lugar entre estos 2 valores, y dependerá de las probabilidades relativas de los 2 mecanismos diferentes.

En general, considero que el volumen de un fotón depende de su historia y del proceso en consideración. Los fotones son partículas, cuyas propiedades están descritas por las ondas, y la contribución en forma de onda, que da volumen a los fotones, depende del efecto que se está considerando.

No es una pregunta significativa.

Un fotón es un cuanto de excitación del campo electromagnético. Ese campo llena todo el espacio y también lo hacen sus modos cuánticos.

Usualmente piensas en un fotón como un paquete de ondas, pero eso implica superponer múltiples modos de campo de longitud de onda infinita. El paquete de ondas, por lo tanto, también tiene una longitud infinita, solo disminuye exponencialmente en amplitud con la distancia desde el centro.

Ese paquete de onda, sin embargo, es una distribución de probabilidad. Si en cambio estás pensando en el objeto que se mide experimentalmente, como otras partículas fundamentales sin estructura interna, parecen ser puntos.

Creo que es importante que los físicos traten de desarrollar imágenes vívidas de la naturaleza de la energía y la materia a pequeña escala, ya que sin esas imágenes es difícil para las personas desarrollar una comprensión conceptual firme de la física.

Dado eso, alentaría a la comunidad a continuar trabajando para desarrollar una respuesta convincente a la pregunta sobre el tamaño de un fotón.

Considere el siguiente escenario. Imagine una bombilla básica en el espacio libre. Cuando se enciende la bombilla, suponemos que la luz se propaga desde la bombilla en un frente de onda esférico. Si tenemos fotodetectores dispuestos esféricamente alrededor de la bombilla, digamos a un segundo de luz de la bombilla, luego, un segundo después de que se enciende la bombilla, todos los detectores registrarán la llegada de la luz.

Ahora imagine que reemplazamos la bombilla por una fuente de luz que sea capaz de apagarse a una intensidad tan baja que emita un fotón por segundo. Si repetimos el experimento, encontraremos, supongo, que cada segundo de los fotodetectores registrará la llegada de un fotón, y que la distribución de los fotones sobre la disposición esférica de los fotodetectores será aleatoria, de modo que si el experimento fuera Si se dejara correr por un tiempo infinito, habría una distribución uniforme de fotones sobre la esfera, tal como había ocurrido cuando encendimos la bombilla convencional.

¿Cómo debemos imaginar la propagación de un fotón individual? ¿Nos imaginamos que cada uno se extiende desde la fuente como una onda esférica que colapsa hasta un punto cuando interactúa con uno de los detectores? ¿O imaginamos que es un fenómeno más localizado que se dirige hacia un detector en particular? si este último, ¿qué tan localizado está?

No puedes pensar en los fotones como una pequeña partícula esférica. Dicho esto, su pregunta no tiene sentido. Lo mismo puede decirse de otras partículas como los electrones.

PROPIEDADES FÍSICAS Y DIMENSIONES DE UNA FOTO DE LUZ.

Cuando hablamos de luz, asumimos que la luz no tiene dimensiones físicas. Sin embargo, los fotones tienen masa e impulso, que es prácticamente incalculable, pero teóricamente calculable.

Conocemos las relaciones:
• Relación energía-masa de Einstein: E = mc²
• Energía de Planck de un fotón: E = hϑ
Los términos:
E-> energía
m-> masa
c-> la velocidad de la luz en el vacío
h-> constante de Planck
ϑ-> frecuencia de luz

Combinando las ecuaciones anteriores, tenemos:
mc² = hϑ
m = hϑ / c²

Nuevamente, por definición, tenemos:
h = 6.62620 × 10 − ³⁴ J / s
c = 2.997924590 × 10⁸ m / s

∴h / c² = (6.62620 × 10 − ³⁴) /997924590font>10⁸=7.3726417525font>10−⁵¹= (digamos, ℵ)

La masa de un fotón en vacío es: m =
= (3726417525 × 10 − ⁵¹) * ϑ
= ℵ * ϑ.
Las masas de orden 10 − ⁵¹ kg no pueden ser reconocidas o medidas por el equipo más sensible del mundo.

Cabe señalar que el valor numérico de la masa es la masa en reposo de un fotón. Esto es diferente de la masa real como lo explica la teoría de la relatividad de Einstein. Según él, la masa se aproxima a un valor límite de infinito a medida que la velocidad tiende al valor cercano a ‘c’, la velocidad de la luz en el vacío.

Este concepto ha sido comprobado por experimentos relacionados con la flexión de la luz durante los eclipses solares. La luz de las estrellas distantes y otros cuerpos celestes se dobla hacia el sol y se puede observar durante los eclipses solares debido al hecho de que es lo suficientemente oscura como para ver la luz de las estrellas durante un eclipse solar. También se puede esperar la presencia de masa de luz a partir de la teoría de que la luz se ve afectada por el poder de la gravedad en los alrededores de un agujero negro, y que probablemente pueda ser absorbida por ella.

El ángulo de flexión, denotado como α, tiene un valor de aproximadamente 1.86 segundos. Este es un valor muy pequeño, que es de aproximadamente 9.01753e-06 unidades en radianes. Las dimensiones presentadas son inimaginablemente pequeñas para ser percibidas por medios mecánicos o manuales. De hecho, el fenómeno de la curvatura de la luz fue observable solo por la razón de que las distancias entre los cuerpos celestes son lo suficientemente grandes como para resolver los dos puntos.

Del mismo modo, se puede calcular el impulso de un fotón en el vacío, dado por la relación:
℘ = m * c
= (6.62620 × 10 − ³⁴) / (2.997924590 × 10⁸) * ϑ
= (2.21026240 × 10-⁴²) * ϑ

Por lo tanto, podemos decir que la masa y el momento son directamente proporcionales a la frecuencia del fotón de luz dado. La masa y el impulso de la luz violeta es más que la de la luz roja.

Además, se puede definir la ‘longitud de onda’ de un objeto macroscópico como explica dè-Broglie.
Podemos eliminar la relación dè-Broglie así:

Relación de Planck: E = hϑ
La relación de Einstein: E = mc²
De las fórmulas anteriores,
mc² = hϑ
Pero, c = ϑ * λ
∴ ϑ = c / λ
Sustituyendo el valor en el resultado anterior, tenemos:
mc² = hc / λ
mc = h / λ
Lo que implica además:
λ = h / mc o h / ℘
[porque ℘ = mc, el impulso del fotón de luz. ]

GP Thompson determinó y probó experimentalmente esto, y confirmó el hecho de que los electrones (que son básicamente partículas) muestran difracción, es decir, se comportan como ondas cuando se aceleran a través de una diferencia de alto potencial.

Con referencia a la teoría y los cálculos explicados anteriormente, es posible llegar a las siguientes conclusiones:
(•) En la interacción con la materia, la radiación se comporta como partículas llamadas fotones.
(•) La masa en reposo de un fotón no puede ser cero como se predijo anteriormente, porque un fotón no puede aislarse ni considerarse en reposo dentro de un marco de referencia.
(•) En un fenómeno que involucra un fotón, la energía total y el momento se conservan, pero el número de fotones puede no serlo, como se ilustra en el caso del funcionamiento de los LÁSER.
(•) Como todos los fotones no están cargados, es decir, son eléctricamente neutros, no son desviados por campos magnéticos o eléctricos.

Para explicar los fenómenos de propagación rectilínea, refracción, reflexión, dispersión, interferencia, difracción, radiación del cuerpo negro y demás, es necesario considerar la naturaleza dual de la luz. Por lo tanto, la mecánica cuántica se considera la teoría más exitosa para explicar los fenómenos ópticos actualizados.

Tenga en cuenta que la discusión es puramente teórica y matemática. Como mencioné anteriormente, no hay forma de obtener una confirmación práctica, al menos por ahora.

Algunas personas dirán que no podemos pensar en los fotones como con alguna forma sino como una función de onda.

Yo diría que incluso la pelota de tenis en sí misma no es lo que pensamos como un cuerpo sólido que asociamos con la forma de una esfera.

Un análisis más profundo revelaría que incluso la pelota de tenis es una función de onda súper hecha de millones / miles de millones de funciones de onda secundaria llamadas electrones, protones, neutrones, fotones, etc.

Pero debido al hecho de que el movimiento neto de la pelota es tan pequeño que no podemos observar la función de onda individual o resumida, sino que vemos la forma esférica resultante de la pelota de tenis.

¿Qué conclusión debemos sacar de esto?

¿Fueron esas subfunciones responsables de crear una forma o la forma creada por el ensamblaje de subformas responsables de crear la superfunción neta sin agitación aparente?

La misma pregunta que pido para el fotón de manera diferente. ¿La función de onda del fotón existe por sí misma o hay una forma subyacente que es responsable de la creación de la función de onda?

En el caso de la pelota de tenis podemos observar la forma pero no la función de onda.

En el caso de fotón / electrón, podemos estar observando la función de onda pero no la forma subyacente.

Por lo tanto, no debemos tener mucha confianza al declarar que el fotón / electrón no tiene ninguna forma. Más bien, sería una conclusión más lógica.

No sabemos si el electrón / fotón tiene alguna forma o no. Puede haber alguna forma esférica, elíptica, circular que está creando esta función de onda aparente.

Cualquiera que sea esa forma, debe ser similar a la forma del electrón, y cualquiera que sea el tamaño, está cerca.

No soy físico, por lo que responderé en lo que considero los términos de sentido común. El tamaño de un fotón, sin duda, varía de acuerdo con ciertas propiedades que tiene. Entonces decir que todos los fotones son de cierto tamaño es incorrecto. Aquellos que dicen que la pregunta no tiene sentido o no entienden de qué están hablando o no pueden articular una respuesta.

Entonces mi respuesta dice que un fotón no es más grande que el agujero por el que puede pasar. Eso es bastante simple y tiende a dar una respuesta significativa que la persona común puede entender. Los fotones de ejemplo pueden pasar a través del iris de mi ojo para que yo pueda ver. Los fotones pueden pasar a través de un agujero de alfiler en papel de aluminio, por lo que son tan pequeños. La pantalla en la puerta del microondas que permite que salga la luz visible mientras se mantiene en el microondas para calentar es un ejemplo interesante, es decir, los fotones del microondas son demasiado grandes para salir por el agujero. Entonces, cuando alguien dice que un fotón no tiene tamaño, está siendo inexacto. Entonces, cuando alguien dice que un fotón es más grande que el sol o tan grande como el universo, también ellos están siendo inexactos.

Debe saber que cuando habla del volumen de algo, también habla de su masa y densidad. Los fotones tienen masa en reposo cero y solo sabemos de masa invariante. Entonces, esto lleva a un volumen de descanso cero. Los fotones nunca pueden estar en reposo.

Los fotones están representados por el paquete de ondas que se mueve a una velocidad de 670 millones de millas por hora. Un paquete de onda transporta energía e impulso junto con él, pero no tiene volumen. Tampoco hay una longitud medible del paquete de onda.

¡¡No sé lo que quieres decir con grande !!. El fotón es una especie de cuántica, bolsillo de energía, su energía es directamente proporcional a la frecuencia de la luz, e inversamente a la longitud de la onda de luz, el rango de longitud de la onda de luz es

, 400 nm – 700 nm = (4–7) X 10 ^ -9 metros, lo que significa que el fotón puede tener cualquier longitud de onda dependiendo de su energía, lo que una ganancia significa que no hay un tamaño específico para el fotón.

Un fotón es una partícula puntual. No tiene talla.

La “longitud de onda” no está asociada con un fotón, porque puede mover y cambiar la “longitud de onda”. Las “ondas” son parte de un modelo macroscópico completamente diferente.

Sabemos que es una partícula puntual, porque solo interactúa a través de su campo. Los protones interactúan a través de un campo y luego interactúan a través del contacto físico. No es así con los fotones.

En mi opinión, el diámetro efectivo EM de un fotón en su máximo es la mitad del tamaño de la longitud de onda. No es la totalidad de la onda sinusoidal (un ciclo completo). Un solo fotón oscila direcciones eléctricas y magnéticas durante un período de tiempo recurrente. Me gusta ver esto como el tamaño del fotón. Un fotón es una partícula y es estable.

Aunque algunos dirían que un fotón no está ni aquí ni allá. Pero su ubicación se decide en el momento en que se observa. La probabilidad de observar el fotón se basa en una ecuación.

Ninguno de estos tiene sentido a menos que proporcione el marco de referencia.

Entonces su longitud es tiempo c es vida.

No creo que sepamos cuáles son sus otras dimensiones.

Como mencionó Alexander Papageorge, la teoría actual no especifica un tamaño para el fotón.
Tenga en cuenta que en realidad no “emitimos un fotón desde un láser”, es solo un concepto que usamos para describir lo que estamos midiendo, por lo que podemos vivir felices sin especificar su tamaño.

El fotón es un paquete de energía (radiación de luz) y tiene energía = hv donde h es la constante de planck y v la frecuencia de la luz.

Átomo