Cuando un fotón entra en una lámina de vidrio, ¿es el mismo fotón que sale del otro lado?

Como han dicho otras respuestas, es algo difícil identificar un fotón particular. Pero se puede hacer en algunas circunstancias. Si sabemos que originalmente había exactamente un fotón y estaba viajando en el vacío, podríamos detectarlo más tarde y decir con confianza que era el mismo fotón. Si hay dos fotones viajando en el vacío y existe la posibilidad de que ambos puedan llegar al mismo punto, entonces, cuando uno de ellos aparece, no hay forma de decir cuál es.

En el caso del vidrio, el fotón excita los átomos en el vidrio, lo que hace que los átomos emitan fotones fuera de fase con el original. Entonces, cuando un fotón sale del otro lado del vidrio, debe decir que es una superposición cuántica de:

1. el fotón original
2. un fotón secundario emitido por uno de los átomos que perturbó el fotón original,
3. un fotón terciario emitido por un átomo que perturbó un fotón secundario,
4. y así

Una superposición cuántica de todos estos es una mezcla que pierde la identidad original del fotón.

Ver teorema de extinción de Ewald-Oseen – Wikipedia

Vamos a reformular su pregunta y dividirla en dos partes.

¿La luz pasa a través de una lámina de vidrio sin obstáculos, o se absorbe y se vuelve a emitir? Se absorbe y se vuelve a emitir, probablemente varias veces.

¿Es el fotón que sale del otro lado el mismo fotón que entró? Eso es en gran medida una cuestión de definición.

Si imagina una brigada de átomos que pasa a lo largo de un paquete particular de energía, entonces sí, el fotón que sale es el mismo que entró.

Por otro lado, un fotón absorbido por un átomo deja de ser un fotón durante el breve intervalo entre absorción y reemisión, por lo que también es razonable argumentar que ya no es el mismo fotón, aunque sea idéntico al uno que entró.

Tiendo a favor de la segunda vista.

Cuando los fotones golpean la lámina de vidrio, son absorbidos por los electrones de los átomos en el vidrio y salen del otro lado de la lámina de vidrio al ser emitidos por esos átomos. El efecto de “transparencia” se debe al ángulo en el que se emiten los fotones (frente a un espejo, por ejemplo).

En ese sentido, la onda EM (también conocida como fotones) en realidad es retransmitida por la lámina de vidrio en lugar de “atravesarla”, a diferencia de un neutrino, por ejemplo, que en realidad pasaría por el espacio vacío en los átomos y saldría al otro lado del cristal ileso.

Un fotón que ingresa en un medio transparente como el vidrio tiene algunas posibilidades de lo que puede suceder. No usaré la mecánica cuántica para responder a esta pregunta porque esa es la probabilidad más razonable (irónico que usé la probabilidad de decir que la mecánica cuántica no puede explicar todo).

Según la teoría de todo de Gordon, un fotón es una partícula que contiene energía E1 dentro de un límite específico. La energía E1 del fotón existe en forma de onda a lo largo de la dirección de propagación del fotón. La interacción de la energía E1 dentro de la energía E0 del espacio-tiempo es lo que crea los campos eléctricos y magnéticos del fotón en las direcciones perpendiculares a la dirección de propagación. (Capítulos 4 y 5 en “La entidad de Dios: la teoría de todo de Gordon”).

Un fotón siempre se mueve en lo que percibe como “recto”. También siempre debe moverse en c. La recta está determinada por el fotón que no ve un gradiente de energía, ya sea energía E0 o energía E2 (la energía del vidrio) a lo largo de sus direcciones de sección transversal. Tenga en cuenta que la luz cambia de dirección al entrar o salir del vidrio en ángulo porque ve un cambio en la energía E2 a lo largo del área de la sección transversal.

La propiedad importante que hace que los materiales sean transparentes es la disposición ordenada muy precisa de su estructura atómica. El destino de los fotones que se mueven a través de estos materiales está determinado por la ubicación exacta de su trayectoria que se mueve a través del medio. Si el fotón pierde las primeras capas de los núcleos atómicos en la estructura, lo más probable es que lo logre. Hay muchos parámetros en juego, uno de los más importantes debido a la separación de los átomos en comparación con la longitud de onda. Tenga en cuenta que la flexión de la fibra de vidrio también doblará los gradientes de energía E2 dentro del medio.

La absorción y liberación de energía E1 por la luz por los electrones también es posible y sería más consistente con el análisis mecánico cuántico. Esto significa que exactamente el mismo fotón no se mueve a través del material y la energía es energía y es el contenido de cualquier fotón.

El punto importante que se hace aquí es la estructura … La estructura del espacio-tiempo, la estructura de los fotones, la estructura de la materia … La estructura fundamental de los ingredientes elementales de nuestro universo no se conoce … La jerarquía de la energía tampoco se conoce. Para tener una idea del Modelo Gordon, considere leer

“¿Por qué el LHC no puede encontrar nuevas matemáticas?”

¿Dimensiones ocultas? … No tan ocultas después de todo

Si. Esto es cierto en la medida en que es significativo. Creo que es más significativo hablar sobre el número de partículas que existen en cualquier momento en lugar de tratar de etiquetar particularmente una de ellas. Lo que es una pregunta más interesante para mí es “¿Cuántos fotones existen durante el tránsito del material?” Debe ser una superposición de cero y uno. Abordé este problema una vez en un artículo. https://arxiv.org/pdf/1406.5123.pdf

Si Los fotones son eventos locales (por lo que se aplica la superposición) y ocurren a lo largo de rutas de transmisión dispersas definidas por la disposición molecular amorfa del vidrio, produciendo el índice de refracción. Esto implica que el fotón ‘final’ tiene tanta energía y (aproximadamente) la misma dirección que la fase inicial (pero no la misma) fase (local). De lo contrario, los mismos eventos en diferentes ‘lugares-tiempos’ no locales son eventos diferentes, pero nuestro sesgo de perspectiva de partículas hace que sea más intuitivo ver fotones localmente. Por lo tanto:

El fotón final neto sigue siendo el mismo cuántico, pero su ángulo de propagación puede cambiar y su posición de fase no local debe haber cambiado .

Básicamente, cuando un fotón impacta en una lámina de vidrio, excita un electrón en el vidrio. Luego, el electrón caerá a un nivel de energía más bajo y liberará un fotón correspondiente a la frecuencia (que corresponde directamente a la energía) del fotón que impactó el vidrio en primer lugar. Como muchas personas ya han dicho, los fotones no son distinguibles entre sí y son solo excitaciones en el campo electromagnético.

Algunas buenas respuestas aquí. Permítanme agregar una perspectiva filosófica:

¿Eres la misma persona que fuiste ayer? ¿Es el Océano Pacífico igual que el año pasado? Estas son excelentes preguntas para la contemplación porque no tienen una respuesta empíricamente correcta.

Las partículas elementales no tienen identidades. No tiene sentido hablar del mismo fotón. Existe el campo electromagnético, que es un campo cuántico, por lo tanto, solo puede excitarse (a una frecuencia dada) en unidades establecidas. Pero estas excitaciones no llevan tarjetas de identificación.

Como onda, el fotón golpeará la superficie del vidrio y, aunque golpee solo un átomo, los átomos circundantes absorberán el fotón y liberarán un fotón fuera de fase al original. Esto disminuye la velocidad de desplazamiento aparente a través del vidrio y avanza en una reacción en cadena hasta que se propaga a través de todas las capas de átomos en el vidrio. Entonces, la luz que se emite está separada y desfasada con el original.