¿Podemos hablar de una onda electromagnética asociada a un fotón?

Sí y no, principalmente no. El problema es que, sea cual sea el campo electromagnético, solo podemos vislumbrarlo indirectamente, a través del proceso de medición cuántica. Esto actúa como un oráculo extremadamente molesto de la leyenda griega que siempre responde con sinceridad la única pregunta que se le permite hacer, mientras que aparentemente parece que la pregunta que eligió no hacer es la pregunta que hubiera sido más interesante.

Específicamente, existe una relación de principio de incertidumbre entre muchos posibles pares de preguntas que tal vez desee hacer sobre un sistema físico. Si realiza un experimento que podría interpretarse como una pregunta sobre el valor de una cantidad (p. Ej., La posición de una partícula), obtendrá una respuesta, y al menos durante un breve período de tiempo posterior, puede volver a hacer la pregunta y obtener el mismo resultado Sin embargo, codificará el estado del sistema con respecto a cualquier medición incompatible (por ejemplo, impulso).

El resultado es que puede preguntar sobre la cantidad de fotones en un sistema, o puede preguntar sobre el valor de los campos eléctricos y / o magnéticos, pero no puede preguntar sobre ambos al mismo tiempo. Haz de ello lo que quieras.

Los fotones, por definición, son la cuantificación de las ondas electromagnéticas.

Entonces, realmente no se puede hablar de la onda EM asociada con un fotón. La onda EM es el fotón.

La matemática de esto puede ser un poco complicada, y es algo sobre lo que podría aprender en una clase de posgrado en electrodinámica cuántica. Terminas tratando la onda como un oscilador armónico cuántico, con los Hamiltonianos asociados, operadores de escalera, etc.

Cuantización del campo electromagnético.

Ambas son diferentes formas de modelar lo mismo, pero ambas son útiles para diferentes cálculos. Como se ha mencionado, existe una incertidumbre inherente en la medición de la luz y no se puede conocer la posición y el momento de la luz simultáneamente.

Debido a la dualidad onda-partícula, la luz exhibe propiedades tanto de partículas como de ondas, por lo que en diferentes escenarios es útil hablar de cosas diferentes. Por ejemplo, si tiene muchas fuentes de luz que interfieren, como en el experimento de doble rendija, es útil hablar de ondas electromagnéticas. Aquí, usted conoce exactamente el impulso de la onda, pero no sabe nada sobre su posición en el plano ortogonal a su movimiento. Solo sabe exactamente qué tan rápido viaja / oscila en la dirección del movimiento y dónde está en ese eje. Esto le permite calcular el patrón de interferencia que resulta de todas estas ondas.

En otras situaciones, digamos que al modelar el efecto fotoeléctrico con átomos excitantes de luz en un metal, digamos, es más útil modelarlo como una colisión clásica. Sabes exactamente dónde está el fotón, sabes que es energía de la frecuencia, pero no conoces el impulso, por lo que no puedes predecir con precisión en qué dirección perturbará un electrón en la superficie de tu material. Pero de esta manera usted sabe “cuántos” fotones están golpeando el material y cuánta energía tiene cada uno para que pueda calcular la probabilidad de que un determinado excite a un electrón a su siguiente etapa.

Por lo tanto, solo puede hablar de uno u otro si planea hacer algún cálculo útil.

Puedes hablar de lo que quieras. Y hay miles de millones de personas que lo hacen, en todos y cada uno de los temas.

Sin embargo, en Física, el lenguaje no es el paso final. Puede indicar lo que quiera, pero es inútil y no está probado hasta que lo muestre en un experimento o presente alguna formulación matemática convincente del blab. Incluso entonces, a menudo es difícil cerrar la brecha, en otras palabras, muestra que las matemáticas o el experimento son una explicación cercana e directa e irrevocable de la charla.