¿Por qué hay fotones en cantidad discreta?

Una mejor pregunta es: ¿por qué la luz está compuesta de fotones? La palabra “fotón” se deriva de los cuantos de luz que necesitaban un nombre especial. Preguntar por qué un fotón es discreto es lo mismo que preguntar: ¿por qué la palabra “discreto” significa discreto?

Esta naturaleza discreta de la luz tiene una larga historia. Durante muchos cientos de años, los científicos discutieron si la luz estaba hecha de partículas u ondas. Newton pensó que era discreto, Huygens pensó que era continuo. Con el gran éxito de la teoría de la luz de Maxwell, quedó claro que la luz era continua, una onda, de una vez por todas. Solo había algunas partes pequeñas en la teoría que debían repararse y se realizaba la física. Cuando Planck llegó con su teoría de la radiación del cuerpo negro, fue una gran sorpresa que la luz tuviera propiedades discretas. Einstein aumentó este shock por su teoría del efecto fotoeléctrico. ¿Cómo puede la luz ser continua en un experimento y discreta en otro experimento? Esto se llama dualidad onda-partícula. La mecánica de ondas y matrices de Schrödinger y Heisenberg Beautiful explican las propiedades matemáticas de estas ondas de partículas. Con el formalismo de Feynmann obtienes una imagen más intuitiva de esta dualidad. Pero aún así, la respuesta final es simplemente: porque lo es, la naturaleza elige que sea así, nos guste o no.

Lea el artículo original alemán de Planck aquí: http://onlinelibrary.wiley.com/s …

O la traducción al inglés aquí: http://web.archive.org/web/20080 …

Porque si no fuera así, nuestras teorías predecirían valores incorrectos para ciertas expresiones que pueden verificarse empíricamente mediante una correspondencia entre la expresión matemática y la construcción mecánica. Principalmente, cuando se suponía implícitamente que los fotones eran continuos, nuestras teorías predecían un valor incorrecto para la radiación de un cuerpo negro termodinámico como un carbón incandescente. Esto condujo a una catástrofe radiactiva predicha debido a la recurrencia de la precisión infinita de un valor de energía continuo. Empíricamente, los experimentos no estaban de acuerdo con las predicciones teóricas. Por lo tanto, los fotones son teóricamente discretos.

Porque, por definición , son cuantos del campo electromagnético.
La mayoría de las respuestas preexistentes traen complicaciones innecesarias a esta pregunta elemental.

Hay respuestas competitivas para esto. La respuesta generalmente aceptada es que el campo de fotones consiste en osciladores acoplados en cada punto del espacio, y solo existen soluciones discretas. Eso significa que el campo solo puede aceptar energía en incrementos discretos que dependen de la longitud de onda.

Jaynes propuso una respuesta alternativa, quien pensó que la discreción no era una propiedad del campo en absoluto, sino del asunto que interactúa con el campo. Los átomos tienen sus propios niveles discretos que han sido muy bien estudiados, y estos son suficientes para explicar la aparente discreción de los fotones.

Incluso los efectos como la dispersión de Compton que no involucran átomos aparentemente se han explicado utilizando las ideas de Jaynes.

En primer lugar, no todos aceptan el concepto del ‘Fotón’, aunque es la visión generalmente aceptada de la naturaleza de la luz.
En cuanto a la radiación del tablón y el cuerpo negro

“La forma en que Plank resolvió esto fue cuantificar los portadores de esta energía en fotones”.

Este es un malentendido común.

Plank explicó su ecuación para la Radiación del Cuerpo Negro al proponer que los ‘Osciladores’ en las paredes del Cuerpo Negro solo podían absorber o emitir luz en paquetes completos o cuantos. No propuso que la radiación en sí misma fuera “cuantizada”

Fue Einstein quien propuso que la luz viajara como paquetes cuantificados para explicar el efecto fotoeléctrico.

El término ‘fotón’ para describir estos paquetes cuantificados de luz no se usó durante varios años más tarde.

Esa es una pregunta de “por qué” que debe hacerse en uno de los hilos filosóficos. Aquí está Physics Land, estaremos encantados de responder una pregunta como “¿Qué evidencia hay de que los fotones son cantidades discretas?”.