¿Puede emitirse un fotón sin un receptor?

Question

Está generalmente aceptado que las ondas electromagnéticas de un emisor no tienen que conectarse a un receptor, pero ¿cómo podemos estar seguros de que esto es un hecho? El problema es que nunca podemos observar las ondas EM no recibidas, porque si las observamos el instrumento de observación se convierte en un receptor.

Las ondas electromagnéticas tienen campos eléctricos y magnéticos cambiantes y son tanto eléctricas como magnéticas. La corriente eléctrica se conecta como de un ánodo a un cátodo. Los campos magnéticos ilustrados por líneas de flujo se conectan de un polo magnético a otro, y no se observan líneas de flujo no conectadas.

Así que las corrientes eléctricas se conectan y los campos magnéticos se conectan, ¿por qué la onda electromagnética no se conecta siempre a un receptor? Un receptor que podría ser una partícula de plasma, un planeta, una estrella y cualquier otra cosa que pueda absorber la radiación EM.

Hay un gran problema. Si un fotón tiene que ser emitido en la dirección de un futuro receptor, el fotón debe saber dónde estará el futuro receptor. Así que esto entra en conflicto con nuestro punto de vista sobre la causalidad, o una causa que crea un efecto. Y como el emisor no sabe dónde estará el receptor en el futuro, no puede emitir una onda EM contra él.

Pero, ¿cómo podemos saber que el principio de causalidad es siempre válido sin excepciones? Parece que hay razones para cuestionar la validez universal del principio de causalidad:

• La información no tiene masa y, por tanto, puede no estar limitada por la velocidad de la luz, por lo que el principio de causalidad puede no ser siempre válido para las partículas/ondas sin masa.

• Cuando algo viaja con la velocidad de la luz, experimentará que la distancia se hace cero. Si no hay distancia, hay una conexión completa y una onda electromagnética continua entre el emisor y el receptor. De nuevo, utilizar el fotón como marco de referencia no es algo que parezca gustar a los físicos relativistas.

• La ecuación de ondas electromagnéticas de Maxwell tiene una solución simple y otra avanzada. La solución avanzada se suele descartar porque el efecto se produce antes que la causa. Pero en la teoría del absorbente de Wheeler-Feynman se utiliza la solución avanzada porque funciona. Para más información, consulte este enlace: http://en.wikipedia.org/wiki/Wheeler%E2%80%93Feynman_absorber_theory

• En el campo de la mecánica cuántica se discuten muchos problemas de causalidad diferentes. Por ejemplo, la observación de una partícula puede decidir dónde estará la partícula en el tiempo y el espacio. La cuestión de qué es lo que provoca que el átomo emita luz es relevante para esta discusión:

En los últimos cien años, los físicos han descubierto sistemas que cambian de un estado a otro sin ningún "desencadenante" físico aparente. "disparador" físico. Estos sistemas se describen mediante la mecánica cuántica.

El sistema más sencillo es el átomo de hidrógeno. Es sólo un electrón unido a un protón. Dos partículas - eso es lo más simple que se puede conseguir. Según la QM, el electrón puede ocupar uno de un conjunto discreto de niveles de energía. El electrón puede ser excitado a un nivel de energía más alto por absorbiendo un fotón

Cuando el electrón desciende de un nivel de energía superior a otro inferior, emite un fotón: un quantum de luz

La mecánica cuántica describe maravillosamente este proceso, pero sólo predice el tiempo promedio que el electrón permanecerá en la energía más alta nivel de energía más alto. No da ninguna pista sobre el tiempo específico que el electrón caerá al nivel inferior. Más precisamente, la tasa de transición (la probabilidad de una transición por unidad de tiempo) es constante: no no importa cuánto tiempo ha pasado desde que el átomo fue excitado, la tasa de transición la tasa de transición es la misma

Cuando te encuentras con esto por primera vez, no puedes entenderlo. de ello. Seguramente debe haber algún mecanismo interno, algún tipo de reloj, que hace tictac y finalmente "se apaga", causando la transición.

Pero nunca se ha encontrado ese mecanismo. La MQ ha tenido un récord de predicciones récord de predicciones precisas, sin necesidad de tal mecanismo " -El físico de la Universidad George Mason, Robert Oerter

Entonces, ¿el átomo excitado es un generador aleatorio o es algo externo lo que desencadena la liberación de un fotón? Parece que es algo externo, y este desencadenante externo podría ser la conexión no física con un futuro receptor descrito por la solución avanzada de la ecuación de Maxwell de la radiación electromagnética.

Así que me parece que actualmente no podemos estar seguros de si un fotón se emite siempre contra un receptor, o se emite al azar en cualquier dirección en el espacio. Pero esta pregunta podría ser una de las más importantes que se han planteado, porque si una onda electromagnética está siempre conectada a un receptor las implicaciones son enormes. Podría arrojar luz sobre la discusión de muchos temas. Podría cambiar nuestra visión del tiempo y el espacio. Puede que no sea sólo el pasado el que empuje al presente, sino que el futuro tire del presente, haciendo una sintropía que creará orden a partir del caos, y describirá el maravilloso universo en el que vivimos. Incluso se podría cuestionar la visión del propio presente como una línea nítida entre el pasado y el futuro. El propio tiempo podría no ser totalmente lineal, y el futuro podría cambiar el pasado. Para evitar las paradojas con los viajes en el tiempo tenemos que permitir una serie de universos paralelos, como sugirió el físico estadounidense Hugh Everett, que formuló la idea de su existencia para explicar la teoría de que todos los resultados posibles de cada elección que tenemos ocurren realmente.

Pero antes de poder sumergirnos de lleno en todas estas fascinantes cuestiones, tenemos que resolver esta pregunta:

¿Una onda electromagnética tiene que conectarse siempre a un receptor?

Esta hipotética pregunta podría parecer puramente filosófica, pero no lo es. E incluso podría confirmarse mediante observaciones. No podemos observar directamente los fotones no recibidos, pero podríamos observar indirectamente la existencia o inexistencia de estos fotones. Cualquier respuesta o sugerencia será bienvenida.

Answer 1

Tesis doctoral de Richard Feynman era precisamente sobre este tema, si estoy entendiendo bien su pregunta. Aquí hay un pregunta anterior sobre la tesis de Feynman que aborda algunas de las fascinantes cuestiones relacionadas con esto.

A sugerencia de su director de tesis John Wheeler Feynman explicó la emisión de fotones como una interacción bidireccional en la que el fotón regular es emitido y sigue las soluciones "retardadas" de Ecuaciones de Maxwell . "Mientras tanto" (en un sentido bastante abstracto de la palabra, en efecto) un objetivo átomo o partícula en el futuro lejano emite su propio fotón, sino uno muy especial que viaja hacia atrás en el tiempo, un tipo de solución de las ecuaciones de Maxwell que había sido reconocido desde la época de Maxwell pero que había sido ignorado. Estas soluciones se denominaron soluciones "avanzadas". Este fotón avanzado viaja hacia atrás en el tiempo y "casualmente" llega a la fuente en el instante exacto en que se emite el fotón normal, haciendo que el átomo emisor sea pateado un poco hacia atrás.

Sorprendentemente, Wheeler y Feynman fueron capaces de escribir una serie de artículos en los que demostraban que, a pesar de lo alucinante que sonaba este escenario, sí era posible no de la causalidad, y que hizo proporcionan un modelo muy eficaz de las interacciones electrón-fotón. A partir de este comienzo, y con algunos cambios importantes, Feynman acabó produciendo su Diagrama de Feynman explicación de electrodinámica cuántica o QED. La curiosa relación temporal continúa en la QED de Feynman, donde, por ejemplo, un positrón o un antielectrón se convierten simplemente en un electrón ordinario que viaja hacia atrás en el tiempo.

Siendo totalmente coherente con sus propias ideas, el propio Feynman describió las interacciones de los fotones como si siempre tuvieran un evento de emisión y otro de recepción, sin importar lo alejados que estuvieran esos eventos en el tiempo ordinario. Desde su punto de vista, si se hace brillar una linterna en el espacio profundo, los fotones no podrían ni siquiera ser emitidos hasta que encontraran su "pareja" de eventos de emisión de fotones avanzados en algún lugar del futuro lejano. La prueba de ello está en el ligerísimo retroceso de la mano que se produce al encender la luz, ese retroceso procede de los fotones avanzados que llegan desde ese punto lejano del futuro y empujan los electrones del filamento de la linterna.

Answer 2

Lo aclaras en los comentarios a la respuesta de @FredericBrünner:

La pregunta es ¿Puede un fotón ser emitido sin un receptor?

Sí. Un átomo en estado excitado emitirá un fotón al espacio, al vacío, a lo que sea

Y parece que los fotones que no llegan a un receptor nunca pueden ser medidos,

No es así. Si se hace un experimento con átomos en estado excitado, se sabe que se ha liberado un fotón al encontrarlo en el estado básico. Esa es una medida definitiva.

por lo que es difícil comprobar si están ahí.

Si quieres probar la existencia de los fotones tienes que tener algo que pueda interactuar con ellos, sí. No es difícil.

Pero la entrada de energía de una bombilla en el espacio producirá una cierta cantidad de fotones,

Ya sea en el espacio o no, esto es cierto. El sol es una enorme bombilla en el espacio

y si tenemos un receptor conectado esperaríamos un aumento de la radiación medida,

Nuestros ojos se conectan con la luz solar y miden la radiación electromagnética. Se necesitan diferentes detectores si la radiación se absorbe y se convierte en calor.

si todos los fotones deben estar conectados a un receptor.

No. Esta es una premisa errónea. El flujo de luz/ondas electromagnéticas del sol puede calcularse con precisión y sabemos que dispersa los mismos fotones por unidad de superficie a la misma distancia de él, tanto si existe un cuerpo absorbente o reflectante como si no.

Se trata de un experimento de observación que podría descartar o confirmar totalmente la pregunta hipotética.

ciertamente la hipótesis de que un fotón tiene que tener un receptor queda descartada a partir del experimento con el sol.

Answer 3

¿Quiere decir que el emisor, la partícula cargada eléctricamente, es el ¿la única partícula del universo? Si esa es la intención de su pregunta, he aquí una posible respuesta.

Dado que la pregunta se refiere a un situación muy hipotética En este caso, hay que empezar con un escenario hipotético y, a continuación, construir a partir de esa posición.

Imaginemos que hay un electrón en el espacio por sí mismo. La pregunta es:

¿Puede este electrón completamente aislado emitir un fotón?

Suponemos que las leyes de la física se mantienen en este caso con normalidad.

Algunos de los datos que conocemos sobre el electrón

(i) Según la electrodinámica clásica una partícula cargada eléctricamente irradia ondas electromagnéticas sólo cuando es sometida a una aceleración, o por alguna razón baja su energía.

(ii) Desde el punto de vista de la mecánica cuántica el electrón no puede estar en un estado de reposo absoluto, porque entonces su momento aumentará de forma impredecible por las fluctuaciones cuánticas del vacío.

(iii) Si el electrón se mueve con un momento constante, entonces, según el principio de incertidumbre, su posición será totalmente indeterminada, es decir, el electrón estará repartido por todo el espacio del que dispone.

(iv) El vacío tiene una estructura invariante de Lorentz, que requiere la presencia de un positrón. Este es un resultado de la teoría de Dirac.

ANÁLISIS:

Según (i): el electrón no podrá emitir un fotón. La emisión de un fotón por parte de un átomo, como se menciona en otra respuesta, supone que el electrón ha absorbido cierta cantidad de energía en un momento anterior, por lo que tendrá que volver a emitirla, ya que hay un nivel de energía inferior por debajo. De todos modos, en este caso el electrón no es una partícula aislada en un espacio "vacío" como se ha planteado.

Según (ii): el electrón se acelerará y, por tanto, emitirá fotones, e incluso es posible que los reabsorba (diagramas de energía propia).

Según (iii): la energía del electrón estaría bien definida y sería constante, por lo que no podría emitir ninguna energía, por lo que no habría emisión de fotones. Si el electrón siguiera emitiendo fotones desde ese estado, pronto perdería toda su energía y acabaría siendo una partícula cargada eléctricamente sin masa.

Según (iv): el electrón no puede estar solo, sin el positrón. Esto es necesario por la invariancia de Lorentz del vacío. Así que el electrón intercambiará fotones con el positrón, e incluso podría sufrir una aniquilación de pares.

Dado que la invariancia de Lorentz es una propiedad inherente a la naturaleza, en mi opinión, la hipótesis (iv) es la más probable que cualquiera de las otras.

Answer 4

En primer lugar, el "punto de vista" de un fotón no está bien definido. No se puede utilizar una transformación de Lorentz para llegar al marco de reposo de un fotón.

Además, un fotón es una entidad física propia que puede existir independientemente de cualquier receptor. En principio, puede seguir "eternamente" sin ser absorbido por algo.

Con respecto al árbol en el bosque: Supongamos que lanzo una pelota de béisbol lo más lejos posible al espacio vacío. Aunque no vuelva a saber nada de ella y aunque nadie la atrape, sigue siendo real.

Answer 5

El Fondo Cósmico de Microondas incluye fotones que no serán absorbidos antes de que el universo se infle hasta el punto de que no haya nada que golpear nunca más. Si las partes de la última dispersión estuvieran de alguna manera impedidas de liberar esa energía, creo que lo notaríamos.

El fotón lleva energía. Las partículas lo hacen. ¿En qué se diferencia del electrón, al que se le permite existir sin rechistar? Si una linterna (o un cohete de fotones) emite partículas portadoras de impulso, retrocede sin tener en cuenta lo que ocurre con el escape en otro lugar. Me pregunto si el problema ¿se confunde con los campos portadores de energía no radiante y los llamados "fotones virtuales"? Un objeto cargado no reacciona sin que otro objeto cargado intercambie fotones virtuales con él.