¿Cómo puede un fotón viajar en todas las direcciones simultáneamente antes de chocar con algo?

Si imaginas un fotón como una bala de cañón en miniatura, por supuesto que no puede. Pero este es un excelente ejemplo de por qué no debes tratar de imaginar un fotón u otras partículas elementales como balas de cañón en miniatura; de hecho, por qué la intuición generalmente falla cuando se trata de comprender la física cuántica, y por qué es importante estudiar las matemáticas.

Los fotones son excitaciones del campo electromagnético. El objeto fundamental es el único campo electromagnético, que obedece a una forma cuantificada de las ecuaciones de Maxwell. Una consecuencia directa de la cuantización es que a cualquier frecuencia dada, la energía del campo aumentará o disminuirá en pasos. Estas “excitaciones” son lo que llamamos fotones.

Supongamos que algo emite un fotón. Lo que realmente sucede es que se genera una excitación en el campo electromagnético. Esta excitación tiene ciertas propiedades, incluida la energía y el impulso. Las ecuaciones que nos dicen cómo se propagan estas excitaciones en el campo también nos dicen la probabilidad de observarlas en varios lugares. Al final, cuando observamos un fotón, significa que estamos extrayendo una excitación del campo.

Una forma de interpretar o comprender las ecuaciones que rigen es imaginando cada camino posible que pueda tomar un fotón imaginario de “bala de cañón en miniatura” y asignándole una probabilidad. Pero todo esto está en nuestras mentes. No significa que un fotón físico real vaya en todas direcciones simultáneamente. Ni siquiera significa que exista un fotón físico real como una bala de cañón en miniatura. Es solo una imagen mental; una herramienta mental conveniente, eso es todo.

La realidad física, al menos en la mejor teoría que tenemos que realmente funciona (teoría del campo cuántico) es que el objeto físico es el campo cuántico y sus excitaciones; Las partículas son una ilusión, la forma en que percibimos las excitaciones del campo en experimentos en los que se localiza la interacción con el campo.

Sí, esto es lo que nos dice la interpretación de Copenhague de QM. La emisión de luz de un átomo excitado es un proceso simétrico que se irradia en todas las direcciones, en la misma medida en que se irradiaría una pequeña antena dipolo. Pero QM nos dice que cuando escuchamos un clic en un fotodetector, significa que el fotón ha sido capturado. La función de onda que se estaba extendiendo esféricamente se ha localizado de repente en un solo punto. Se llama “colapso de la función de onda”.

¿Es verdad? Difícil de hoy. Depende de si crees que el clic en el fotodetector representa la captura real de la energía de un fotón completo. Se cree ampliamente que esto es cierto, pero es esencialmente no verificable. El fotodetector tiene un suministro de 1200V conectado, por lo que claramente hay energía disponible para generar el pulso actual independiente de cualquier fotón.

Más problemática es la noción de que el fotón nunca fue “de una vez por todas”; en cambio, asumió una trayectoria particular en el momento de su creación, por lo que no es sorprendente que sea capturado por un detector localizado. Esto es mucho más lógico, pero es inconsistente con todo lo que la teoría nos dice sobre la naturaleza del proceso de emisión atómica.

El hecho de que un solo fotón emitido por una fuente isotrópica (que ciertamente es un átomo excitado) puede capturarse en un detector distante es, de hecho, una característica inexplicable de la mecánica cuántica. Es el colapso tan comentado de la función de onda. Pero no es tan fácil demostrar experimentalmente. No es tan fácil aislar una fuente que emite un fotón a la vez, y no es del todo trivial demostrar que el clic en el fotodetector debe representar realmente la captura de toda la cantidad de energía emitida por esa fuente.

Para responder a esta pregunta, debemos comenzar por distinguir entre Matemáticas y Física. Un matemático dirá lo que dicen Toth o Green en sus respuestas a este hilo …

Toth: “no debes tratar de imaginar un fotón u otras partículas elementales, como balas de cañón en miniatura … la intuición generalmente falla al tratar de comprender la física cuántica, y por qué es importante estudiar las matemáticas … Los fotones son excitaciones del campo electromagnético”. El objeto fundamental es el único campo electromagnético “

Verde: “La emisión de luz de un átomo excitado es un proceso simétrico que se irradia en todas las direcciones … La función de onda que se estaba extendiendo esféricamente se ha localizado de repente en un solo punto. Se llama “colapso de la función de onda” … es esencialmente no verificable “

Un matemático NUNCA, NUNCA proporcionará una PELÍCULA de su teoría. El motivo es claro. Todas las palabras de la ‘física’ matemática son CONCEPTOS. Un matemático es un individuo que convierte conceptos en objetos y luego realiza el movimiento de moverlos. ¿Qué puede ilustrar en la pizarra sobre energía, masa, campo , tiempo o carga ?

Entonces te dice que ni siquiera debes tratar de imaginar una ‘partícula’ porque en la Mecánica Cuántica una ‘partícula’ no es lo que los seres humanos sanos piensan y visualizan cuando escuchan la palabra ‘partícula’. Un humano normal usa la palabra ‘partícula’ para referirse a un corpúsculo, a una especificación de polvo, a una cuenta, a una pequeña BOLA discreta. Eso es una partícula.

Pero eso no es lo que los matemáticos tienen en mente. Los matemáticos torcieron el lenguaje para insinuar el “corpúsculo” y hacerle pensar que se están refiriendo a una pequeña bola, pero no debería sorprenderle que las Matemáticas no sirvan para los objetos. Las matemáticas solo tratan con ecuaciones, variables y números.

Un matemático dibuja una pelota para que pueda sentir algo que se está moviendo, pero luego le da la vuelta. Él te dice que no tomes la pelota literalmente. La pelota que dibujó en el tablero solo está ahí para engañarlo y hacerle creer que está representando un objeto que se está moviendo y que está haciendo ‘física’. ¡La pelota es en realidad una ‘excitación’! La famosa ‘partícula’ es el movimiento mismo. ¡El matemático está en movimiento! No hay objeto … ¡y nunca lo estará en Matemáticas!

El matemático lo engaña aún más al afirmar que el objeto es “el” campo “.

Si el matemático leyera uno o ambos Michael Faraday (quien inventó la palabra ‘campo’) y James Maxwell (quien definió el término), habría mantenido el teclado en suspenso. Estos dos pioneros ya habían dejado claro en el siglo XIX que la palabra ‘campo’ no califica como un objeto físico …

“Campo magnético … cualquier porción del espacio atravesada por líneas de poder magnético”. M. Faraday, Conferencia en la Royal Society (1850), (publicado en 1851) p. 690, §2806.

“El campo electromagnético es esa parte del espacio que contiene y rodea los cuerpos en condiciones eléctricas o magnéticas”. J. Maxwell, una teoría dinámica del campo electromagnético , Phil. Trans. 155 (1865).

Por si acaso, otras fuentes refuerzan que el “campo” no es un objeto físico …

“Campo magnético: una región del espacio …” (Random House Dictionary)

“Región en el barrio de un imán … ” (Enciclopedia Británica)

La palabra ‘campo’ es sinónimo de REGIÓN. El campo es una REGIÓN alrededor de un objeto donde sucede algo que los matemáticos no pueden entender o explicar. Se refieren a esta ignorancia como “campo”. ‘A’ ‘campo’ no se puede usar como un objeto independiente porque ‘campo’ es un CONCEPTO. ¡No existe un objeto físico independiente llamado ‘región’!

Cada vez que un matemático menciona la palabra ‘campo’, simplemente dice que no tiene idea de qué hay en esa región alrededor de un objeto o cómo esa entidad invisible hace su magia.

Te instan a estudiar Matemáticas para ‘entender’, pero resulta que las Matemáticas son exclusivamente un lenguaje DESCRIPTIVO. Las matemáticas solo pueden DESCRIBIR. No tiene poder ni autoridad para EXPLICAR. Esta es la razón por la cual los matemáticos han comparado la ciencia con las descripciones y han difundido el evangelio de que las matemáticas son el lenguaje de la ‘física’ y la ‘ciencia’ …

“La ciencia no explica; la ciencia describe. ” D. Simanek, Universidad de Loch Haven, un glosario de términos y conceptos de física frecuentemente mal utilizados o mal entendidos. (Mira debajo de ‘Por qué’)

Una teoría es una EXPLICACIÓN. Por lo tanto, nunca COMPRENDERÁ incluso si toma Matemáticas porque las Matemáticas no tienen poder ni autoridad para EXPLICAR.

No hay teorías en matemáticas porque las matemáticas no explican . Sin embargo, hay interpretaciones físicas irracionales en la ‘física’ matemática. Uno de ellos es el que Green mencionó en su respuesta a la pregunta instantánea: “colapso de la función de onda” . No hay ningún objeto físico en la Ciencia llamado ‘una’ función de onda ‘. Simplemente necesita pedirle a un matemático que dibuje ‘una’ función de onda ‘para cambiar la carga de demostrarle lo contrario. Por lo tanto, la ‘explicación’ ofrecida por Quantum Mechanics sobre cómo una ‘partícula’ de fotones puede viajar radialmente desde un átomo equivale a ninguna explicación …

¿Qué objeto físico es el que “colapsó”? ‘Colapso’ es una palabra de física. ‘Función de onda’ es un término inventado por los matemáticos. ¡Es irracional decir que “’una’ ‘función de onda’ colapsó”! ¡Ciertamente no podemos explicar la emisión radial de luz diciendo que es porque ‘la función de onda colapsó’!

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Sin embargo, no todo está perdido. Podemos recuperar un poco de lo que dijo Green: “La emisión de luz de un átomo excitado es un proceso simétrico que se irradia en todas las direcciones … que se extiende esféricamente” …

Vamos a ilustrar esto …

Ahora que tenemos la arquitectura correcta del átomo, es necesario entender cómo y por qué ‘un fotón viaja radialmente en todas las direcciones’ …

Una alternativa a las ondas y paquetes de ondas, Proc. ICPST, Hong Kong (2010)

La hipótesis de la cuerda, Science 342 (2014)

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Hay muchas respuestas muy buenas y la mayoría se refiere a la teoría cuántica del campo de la física … una teoría difícil de entender en sus mejores días.

Voy a hacer una analogía muy simple que espero transmita la idea:

Piense en el campo electromagnético como un océano plano. Ahora salta una roca a través de la superficie.

La roca ‘perturba’ el campo electromagnético y este campo se propaga como una ola en todas las direcciones, pero la mayor parte de la energía de las olas va en la dirección en que la piedra golpeó inicialmente el agua.

Si quieres pensar en el fotón como un punto, es la gran ola que fluye frente a donde golpeó la piedra. O puede pensar en el fotón como la perturbación completa de las ondas que irradian desde todas las direcciones desde el punto de impacto de las piedras.

De cualquier manera, estás pensando correctamente, ya que un fotón puede considerarse como un solo punto de bala de cañón o como un patrón de onda extendida … solo depende de cómo lo mires.

Los experimentos lo han confirmado. Google ‘Experimentos de interferencia de fotones’ para ver cómo los fotones muestran propiedades de onda y características similares al mismo tiempo.

Tal es la naturaleza de la perturbación en el campo electromagnético que llamamos un fotón.

¿Cómo puede un fotón viajar en todas las direcciones simultáneamente antes de chocar con algo?

Lo anterior es una pregunta muy complicada porque una respuesta requiere un conocimiento de la naturaleza dinámica fundamental de las realidades de lo que constituye la materia de construcción masiva. En ese sentido, el conocimiento de la ciencia convencional está severamente limitado y parece haber una satisfacción con esa falta, debido al deseo de evitar la evaluación de la nueva física relacionada con lo desconocido.

Recientemente, proporcioné una respuesta a una pregunta sobre la naturaleza y la propagación de un fotón. En esa respuesta, me referí a una intensificación unidireccional del movimiento / energía de una unidad del medio ligero y dije que el medio ligero es a lo que la Mecánica Cuántica se refiere como Espuma Cuántica y me refiero como partículas virtuales.

La pregunta anterior se refiere a la generación original de un impulso impulsado (a diferencia de la radiación usual de los electrones) de energía electromagnética, que generalmente se origina esféricamente desde una posición de electrones y la magnitud del impulso electromagnético que viaja a través de cada miembro individual del medio de luz; disminuyendo por el cuadrado de la distancia desde el electrón. A una distancia suficiente del electrón, la energía intensificada desequilibrada tomaría la forma de una concentración en una dirección.

La concentración eventual en una dirección se debería a la naturaleza esférica del movimiento / energía del medio ligero.

La explicación anterior junto con otras explicaciones se responden mucho más en mi libro de 170 páginas titulado “Naturaleza fundamental de la materia y misterios asociados” y también a través de la información contenida en el libro E-pub titulado “Explicando la naturaleza dinámica fundamental de la gravedad”. Ambos están disponibles en http://Lulu.com a bajo costo.

Como persona con un interés intenso de por vida en la física, me resulta difícil entender por qué mi trabajo en temas tan desconocidos es casi completamente ignorado.

Después de leer todas las respuestas anteriores, me gustaría agregar una explicación que no cite las matemáticas o los comportamientos cuánticos incognoscibles que son “invisibles” para los observadores, es decir, la convención de Copenhague o las ondas piloto de Bohm. Los fotones como cosas reales tienen una cierta existencia y son una combinación de muchas frecuencias. Un fotón de frecuencia única es un buen objeto matemático, pero en realidad no existe porque tomaría una cantidad infinita de tiempo generarlo. También sería infinitamente grande. Por lo tanto, comprender cómo se emite un fotón real y hacia dónde va es, de hecho, algo diferente de lo que la gente agita. Los fotones reales obtienen una dirección de propagación, la afirmación de que se mueven de manera estadísticamente aleatoria se basa en múltiples excitaciones y en las estadísticas de muchas emisiones de fotones, no en una. La dirección exacta en la que se propaga un fotón es incierta, al igual que la energía y el momento exactos son inciertos. Sin embargo, esto no es lo mismo que decir que es desconocido, solo que como no se puede medir exactamente de dónde proviene la excitación o su energía, no se puede predecir exactamente cuál será la interacción. Esta es la base de los famosos debates de Einstein-Bohr sobre mecánica cuántica.

La forma de salir de muchos de estos acertijos es simplemente agregar las palabras como si . La probabilidad de que un fotón pase de A a B es como si el fotón tomara todos los caminos posibles e interfiere consigo mismo. Realmente hacemos esto todo el tiempo, y no nos molesta.

Por ejemplo, hay algunos circuitos de muy baja frecuencia, pero no hay circuitos de CC. Si una fuente de alimentación está encendida durante 24 horas, eso no es CC; Son unos 10 micro Hz. Pero eso no nos impide tener la teoría del circuito de CC y nos impide usar la teoría del circuito de CC para analizar la fuente de alimentación operada a la frecuencia de CA de 10 micro Hz. Y a pesar de que la fuente de alimentación no existe todo el tiempo, esperamos el cálculo que obtenemos asumiendo que es DC estará lo suficientemente cerca. De hecho, estamos diciendo que la fuente de alimentación funciona como si estuviera encendida y constante todo el tiempo.

Cuando analizamos la respuesta transitoria de un circuito, podemos describir un pulso como si fuera la suma de un conjunto infinito de ondas sinusoidales de duración infinita. No hay ondas sinusoidales físicas de duración infinita, pero eso no nos impide usar una transformada de Fourier. Decimos que el circuito funciona como si el pulso fuera la suma de un conjunto infinito de ondas sinusoidales de duración infinita.

Entonces, si nos sentimos cómodos con las teorías que suponen que las señales operan como si se llenaran todo el tiempo, no es un salto a las teorías que suponen que las partículas operan como si llenen todo el espacio.

Se refiere al “colapso de la función de onda”. No parece tener sentido, físicamente. Sin embargo, si lo miras cuánticamente mecánicamente (¿de qué otra manera lo mirarías?), No hay problema. Lo que originalmente era una función de onda de producto “puro” entre el fotón y usted mismo, después de la interacción que llamamos “medición”, se convierte en una función de onda mixta, es decir, la combinación lineal de dos funciones de onda de producto: una en la que se absorbe el fotón y cree que lo ha observado, y otro en el que el fotón se extiende en todas las direcciones y cree que no lo observó. Cualquier “colapso” es puramente subjetivo y una impresión ilusoria de la versión de usted que observó el fotón. El estado mixto que los contiene a ambos es la continuación adecuada (por el operador de evolución de tiempo unitario) de la función de onda original, sin ningún tipo de “colapso”.

Esto a menudo se ridiculiza como la interpretación de “muchos mundos”. Es mucho más fácil tratarlo si lo llama la interpretación de “muchas posibilidades”. Es más fácil imaginar muchas posibilidades que muchos mundos. De hecho, estamos muy acostumbrados a pensar en el futuro de esa manera, entonces, ¿por qué no el presente? Lo único que tiene que renunciar es la noción de que hay una realidad designada. No puede haber Las posibilidades es todo lo que hay. Lo que percibimos como realidad es completamente subjetivo y depende de a qué parte de la función de onda universal se refiere “usted” o “yo”.

No veo los fotones como excitaciones del campo electromagnético. Los veo como la abstracción del campo electromagnético. El campo electromagnético es un campo dinámico que oscila continuamente entre los campos eléctricos y magnéticos. Por lo tanto, se compone de ciclos. Cada ciclo lleva una energía igual a la constante ‘h’ de Planck. Es el concepto de ciclo, lo que provoca la cuantización. Así tenemos una ‘frecuencia’. La frecuencia es qué tan rápido se intercambian los campos eléctricos y magnéticos. Cada campo actúa como el potencial del otro campo.

“Emisión de un fotón” significa la generación de una perturbación electromagnética en el espacio. Es tridimensional en comparación con la perturbación bidimensional creada cuando se arroja una piedra a la superficie tranquila de una piscina. Esta perturbación mantiene una frecuencia constante (inercia). Este es un fotón.

Esta es una suposición equivocada. No es asi. El rastro de fotones es monovector.

Si el fotón tuviera esta extraña “característica”, todos los rayos láser se volverían esféricos, explotarán en bolas como un globo. Nadie vio algo así.

Un fotón va en una dirección aleatoria; pero un átomo emitirá cada fotón en una dirección impredecible. Debido a la naturaleza estadística parecerá esférica. Prácticamente no lo es. Por ejemplo, la llama de la vela no da luz esférica alrededor. Incluso el sol o las estrellas no se emiten en la esfera perfecta.

Entonces, su conocimiento básico sobre el fotón es incorrecto.

Pero es fácil obtener esta suposición errónea. La función de onda para el fotón (puede pensar es su tamaño) es más grande que el tamaño del átomo.

Decir que viaja en todas las direcciones simultáneamente es solo decir que viaja como una ola. A Feynman se le ocurrió otra forma de decir exactamente lo mismo. De hecho, cuando escribió sobre su “nuevo enfoque” en 1948 y 1949, enfatizó que realmente no había hecho nada nuevo; él solo estaba describiendo las cosas de una manera ligeramente nueva.

La forma en que viaja la luz es en realidad muy similar a la conducción de calor. La energía en cualquier punto dado se extiende en todas las direcciones. La luz solo parece viajar en línea recta porque el refuerzo y la cancelación de las olas hacen que los caminos rectos sean más probables.

En resumen, los fotones (y los electrones también) viajan como ondas, pero también puedes tratarlos como partículas que viajan a lo largo de todos los caminos posibles a la vez. Cuando se detecta un fotón o un electrón, parece ser una sola partícula.

No lo hace.

Cuando una persona arroja un objeto en una habitación oscura (en cualquier dirección / vector), el “campo” es un campo de probabilidad dentro del cual se mueve el objeto, pero se desconoce la posición exacta en cualquier momento hasta que reacciona / ataca absorbido. Hasta entonces, teóricamente, el objeto podría estar en cualquier parte del espacio definido. Eso no es lo mismo que afirmar que el objeto lanzado está “en todas partes” simultáneamente.

No lo hace. Me estoy cansando un poco de citar esta referencia (Kocsis, S. y 6 más. 2011. Observando las trayectorias promedio de fotones individuales en un interferómetro de dos rendijas Science 332 : 1170 – 1173), pero aquí las mediciones débiles mostraron las trayectorias promedio de fotones que emergen de un experimento de 2 rendijas, por lo que vale, y dado que este es uno de los papeles más ignorados que he encontrado, las trayectorias siguen más o menos exactamente como Bohm predijo de su onda piloto.

No entiendo la pregunta y algunas de las respuestas. Se emite un fotón individual en una dirección estadísticamente aleatoria. Una vez emitido, sigue ese camino singular hasta que encuentra un cambio en el campo o la sustancia.

Una corriente de fotones emitidos aleatoriamente (y secuencialmente podría agregar) puede moverse en cualquier dirección, pero cada uno tiene su propio camino.

Si los fotones pudieran viajar en todas las direcciones simultáneamente, no podríamos tener láseres.

Un fotón no es estrictamente una partícula, y verlo como una partícula no es útil.

Es un incidente en su propio espacio-tiempo, que es necesariamente de dimensión cero.

A la velocidad de la luz, todo se detiene, según Lorentz-Fitzgerald, y el espacio se contrae de forma singular.

Entonces, aunque se ‘ve’ que la luz viaja en su dirección y velocidad propagadas, hacia el fotón, está instantáneamente en todas partes, por solo un instante.

Ver un fotón como una bala newtoniana solo conducirá al error.

El espacio-tiempo es extraño. Vive con el hecho. Lo que ves es una ilusión.

No puede Tomare eso de vuelta. Más precisamente, nunca puedes detectar que lo hace. Yo también lo retiro. La afirmación verdadera es que si el fotón emitido en el evento A (donde ‘evento’ significa lugar y tiempo), UNA MANERA para calcular correctamente la amplitud para detectarlo en el evento B es suponer que tomó todas las rutas posibles de A a B y suma todas las contribuciones de todos esos caminos.

No lo hace. Simplemente no sabemos dónde está hasta que aterriza. Sabiendo dónde aterrizó, podemos encontrar los posibles caminos que tomó.