Debido a la naturaleza probabilística de las partículas, ¿es posible que un fotón llegue a un lugar ligeramente antes que la velocidad de la luz?

Question

Debido a que las partículas no tienen una ubicación específica en el espacio a menos que sea observada (es decir, es una onda de probabilidad), ¿significaría esto que un fotón puede aparecer ligeramente por delante de donde la velocidad de la luz muestra que debería estar (como a 299.792.460 metros de distancia de una fuente en lugar de a 299.792.458 después de un segundo). El principio de que un fotón no tiene una ubicación específica, sino más bien una superposición de ubicaciones probables, como lo demuestra el experimento de la doble rendija, es lógico que esto se aplique a su ubicación en la dirección del movimiento relativo. Tengo la sensación de que me falta algo que hace que esta línea de pensamiento sea incorrecta, y por eso planteo esta pregunta. ¿Esta idea es errónea, o la posición de un fotón (y por tanto el tiempo en el que llega a un lugar dado) en su dirección de movimiento relativo es incierta y por tanto probabilística?

Answer 1

Esto es complicado, porque hay que preguntarse cómo se sabe si realmente viajó más rápido que la luz o no. La única forma de estar seguro es medir su posición tanto al principio como al final. Y hay más complicaciones. Cuando se tiene en cuenta la relatividad, hay que pensar en el marco de referencia de la medición y en otros detalles delicados. Otra complicación es que no suele haber una buena forma de medir un fotón sin destruirlo, y hay que hacer dos mediciones.

Ignoremos las complicaciones y supongamos que se puede medir tanto al principio como al final de su recorrido, y supongamos que estamos utilizando el modelo estándar de la física de partículas.

En este caso, la respuesta a su pregunta es no. Cuando lo mides al principio, durante un breve instante, la posición del fotón es bien definido. Después, el campo cuántico del fotón volverá a "extenderse", pero lo hace a la velocidad de la luz. Así que no hay forma de medirlo al final y observar que viaja más rápido que la velocidad de la luz.

Hay una variedad de otros conceptos complicados que podrían desempeñar un papel en escenarios ligeramente alterados, como las partículas virtuales, pero no son relevantes aquí.

De vez en cuando, a lo largo de los años, alguien hace una medición que parece indicar un viaje más rápido que la luz. Uno de estos incidentes ocurrió hace un par de años, cuando un experimento de física de partículas pidió ayuda diciendo: "Estamos observando algo que parece un viaje más rápido que la luz. ¿Puede venir alguien a comprobar lo que estamos haciendo?". En todos los casos se ha comprobado que no era cierto. (En ese caso concreto creo que tenía algo que ver con el equipo electrónico que utilizaban).