¿Los fotones toman algún espacio? Si el fotón es portador de fuerza electromagnética y ocupa algo de espacio, ¿significa que entre las partes de los átomos el espacio está lleno de fotones o está vacío?

Los fotones realmente no tienen una ubicación precisa. Nunca están realmente precisamente en ningún lado. Existen como una nube, distribuida en el espacio. Puede interpretar la distribución como una probabilidad de encontrar el fotón en cuestión en un lugar en particular, pero esa interpretación también es potencialmente engañosa.

Por ejemplo, incluso la existencia de “un fotón” es un concepto algo complicado. Los fotones aparecen y desaparecen en el universo todo el tiempo. Existe un principio de incertidumbre que se aplica a la energía, paralelo a la versión más familiar que relaciona posición e impulso. La energía exacta de cualquier parche de espacio dado no es un solo número bien definido. Ni siquiera está bien definido que un fotón que dejó un lugar sea “el mismo” fotón que envió; puede haber desaparecido, reaparecido o experimentado todo tipo de transformaciones mientras tanto.

Las partes de un átomo no están realmente llenas de nada. Las mismas propiedades no bien definidas que se aplican a los fotones también se aplican a los electrones, protones y neutrones, los constituyentes primarios de un átomo. Por ese pequeño, nada tiene una posición completamente bien definida; solo se puede definir con cierta incertidumbre real y cuantificable.

Respuesta corta: los fotones no ocupan espacio .

Respuesta larga: si consideramos el hecho de que los fotones son partículas sin masa, no deberían ocupar espacio, ya que no parece posible que algo que no tiene masa ocupe espacio.

Sin embargo, si consideramos otras partículas cuánticas, debido al hecho de que no tienen límites definidos, es difícil definir su volumen. Por lo tanto, para las partículas cuánticas, se puede definir un radio promedio de su “nube”. Esto se ha hecho para, por ejemplo, protón:

http://en.wikipedia.org/wiki/Pro

El “radio” del protón que se muestra arriba es en realidad su radio de carga , que es el “radio” promedio debido a la existencia de su carga. Se puede medir mediante técnicas de dispersión de electrones.

Por otro lado, el electrón no tiene un radio de carga conocido (en el sentido de la mecánica cuántica). Sin embargo, se puede calcular un radio para él, si lo tratamos de manera clásica :

http://en.wikipedia.org/wiki/Cla

Por otro lado, para un fotón, que no tiene carga, es difícil decir que tiene tamaño, ya que no existe una forma conocida de medirlo, si existe.

Por otro lado, si consideramos un gas de fotones, podemos crearlo en un cilindro con un pistón (los fotones pueden crearse por excitación de las paredes del cilindro):

http://en.wikipedia.org/wiki/Pho

Si pensamos en los fotones como partículas que rebotan en el contenedor, y si reducimos el volumen del cilindro (presionando el pistón), deberíamos poder alcanzar un volumen mínimo eventualmente (en un sentido clásico). Sin embargo, en realidad, los fotones serían absorbidos por las paredes del cilindro y, por lo tanto, a medida que el volumen se reduce, el número de fotones también disminuye, hasta que no quedan más fotones.

Esto significa que no importa cuánto intentemos contener fotones, posiblemente no haya forma de que puedan poseer volumen. Simplemente se convertirán en excitaciones de la materia circundante (o del campo electromagnético).

Esto significa que para el espacio entre átomos (o en el espacio interestelar), incluso si hay fotones, no ocupan espacio. Uno puede tratarlos como excitaciones del campo electromagnético que impregna el universo, que no ocupan espacio en absoluto (en el sentido clásico).

Los fotones que vemos como radiación electromagnética, y se propagan incluso en el vacío, y exhiben su efecto, sin impartir impulso. Los fotones no tienen masa, por lo tanto, no ocupan espacio