En el cero absoluto, ¿los fotones también se ‘congelan’?

La temperatura es una propiedad estadística que solo se puede definir para un gran número de partículas. Un sistema que consiste en una gran cantidad de fotones es un caso específico de algo llamado gas Bose . Esto se debe a que los fotones son bosones : tienen espines enteros.

A temperaturas muy bajas, dicho sistema se transforma en un estado llamado condensado de Bose-Einstein, en el que la mayoría de los fotones ocupan el estado cuántico más bajo (es decir, el estado de energía más baja). Esto tiene sentido intuitivamente porque la temperatura del sistema es proporcional a su energía. Entonces, a medida que disminuimos la temperatura, las partículas se organizarán automáticamente de tal manera que la energía total también disminuirá.

Hipotéticamente, exactamente en cero absoluto, todos los fotones ocuparán el estado de energía más baja. Sin embargo, el sistema todavía tendrá energía distinta de cero; simplemente estará en el estado de menor energía posible.

(Digo “hipotéticamente” porque la descripción anterior solo es válida para un gas “ideal” y bajo ciertos supuestos y aproximaciones, y podría no ser válida para sistemas reales del mundo real).

Los fotones no tienen temperatura ellos mismos. Pero si tiene un gas fotón, puede calcular su S y U bien definidos y usar [matemática] 1 / T = \ frac {\ parcial S} {\ parcial U} [/ matemática] para determinar la temperatura.

También puede asignarle una temperatura a través de la Ley de Planck y esta es la razón por la que decimos que la temperatura del fondo cósmico de microondas es de 2.7 grados.

Volviendo a su pregunta, en cero absoluto (esto no es correcto porque no se puede lograr, así que digamos que cuando nos acercamos a 0K.), El espectro de la radiación del cuerpo negro es muy estrecho y se concentra a frecuencia cero. Por lo tanto, los fotones tendrán una frecuencia muy pequeña, que no tiene nada que ver con la velocidad del fotón en el vacío, por lo que no están congelados.

Como me preguntaron, aquí están mis dos centavos.

Hay historias de científicos que “congelan” la luz, como esta:
Los científicos ‘congelan’ la luz durante un minuto entero
pero el término “congelar” aquí no es exactamente lo que cabría esperar. Significa que la información contenida en un patrón de luz fue almacenada en una configuración de átomos y luego liberada nuevamente como luz, idéntica a la que habría sido si no hubiera sido perturbada. Este es un logro notable, pero no está relacionado con el concepto de temperatura.

Me imagino que con “congelar” te refieres a detener el movimiento. A menudo usamos el término fotón para referirnos a una partícula de luz. Esta es una abstracción útil si está haciendo teoría de campo cuántico … pero la luz también es la propagación de una perturbación en un campo electromagnético. No puedes sostener una propagación en tu mano. Para que un fotón detenga el movimiento, su energía y su momento deben transferirse a otro objeto, en cuyo punto deja de existir.

También podríamos abordar esto desde el lado de la temperatura cero. A temperatura cero, todos los objetos están en su estado fundamental, un término utilizado para describir algo que no puede renunciar a más energía interna. Si un fotón entrara en un área que previamente había estado a temperatura cero y fuera absorbido, lo que sea absorbido ahora tendría algo de energía interna que luego podría ser abandonada (como un fotón).

Parece que debemos concluir que la idea misma de un fotón es inconsistente con el concepto de cero absoluto.

Espero que esto ayude.

Los fotones no tienen temperatura; hablar de temperatura no tiene sentido sin átomos o moléculas. Tienen energía, que nunca puede llegar a cero. Incluso si toma un fotón con menos energía, todavía se mueve a la velocidad de la luz.

EDITAR: Temperatura:
“Definición: la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas / átomos en un objeto o sistema y se puede medir con un termómetro o un calorímetro. Es un medio para determinar la energía interna contenida en el sistema”.

No habría radiación si la temperatura es cero absoluto. Por lo tanto, no hay fotón para congelar en cero absoluto.

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