¿La luz está siempre en este estado dual o cuando actúa como onda no tiene naturaleza de partícula y viceversa?
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Fernando Briano
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¿La luz está siempre en este estado dual o cuando actúa como onda no tiene naturaleza de partícula y viceversa?
Al estudiar la física y las definiciones de los conceptos utilizados en la elaboración de los modelos matemáticos que describen los datos, hay que tener claro el marco de la discusión.
Existen los siguientes marcos con diferentes modelizaciones matemáticas:
1) Clásico:
1.a) Mecánica newtoniana
1.b) Teoría electromagnética de Maxwell
1.c)mecánica estadística (la mecánica newtoniana de la cinemática de muchos cuerpos)
1.d)termodinámica ( que surge de la mecánica estadística)
2.a)A qué se denomina primera cuantización con las soluciones de la ecuación de Th Schrodinger en problemas potenciales
2.b) Electrodinámica cuántica (electromagnetismo a nivel cuantizado)
2.c) Teoría cuántica de campos (aplicada a las partículas elementales)
2.d)Mecánica estadística cuántica (la mecánica estadística modificada por soluciones cuánticas)
También existe la relatividad especial y la relatividad general, que deben clasificarse en ambos marcos.
Surgen confusiones y paradojas si se mezclan dos marcos sin una declaración aclaratoria.
La terminología "luz" pertenece a 1.b. La naturaleza de partícula de la luz pertenece a 2.d . Es decir, la luz como concepto clásico está completamente descrita por las soluciones de la ecuación Ecuaciones de Maxwell que la definen como una onda con un excelente poder predictivo. La naturaleza ondulatoria aparece en la intensidad de los campos magnéticos y eléctricos que describir la luz .
La terminología "partícula" y "dual" pertenece totalmente al marco de la mecánica cuántica.
Por tanto, en el marco clásico, la luz siempre se describe como una onda.
La historia cambia si se examina el nivel mecánico cuántico. Allí la luz surge de un enorme número de partículas llamados fotones que forman la onda electromagnética clásica, y ésta puede demostrarse matemáticamente. .
Los fotones, como partículas elementales, tienen la doble naturaleza mecánica cuántica. Cuando se detectan como fotones individuales muestran propiedades de partícula, es decir, localización en (x,y,z,t). Pero la densidad de probabilidad para encontrar el fotón alrededor de este punto, es decir, si se detectan muchos fotones, tiene una propiedad ondulatoria. Esto puede verse claramente en este experimento de la doble rendija :
la difracción de un fotón individual a partir de una rendija doble registrada por una cámara de imagen de fotón único (intensificador de imagen + cámara CCD). Los eventos de partículas individuales se apilan para producir el familiar patrón de difracción suave de las ondas de luz a medida que se superponen más y más fotogramas (Grabación de A. Weis, Universidad de Friburgo).
Los primeros fotogramas, arriba a la izquierda, muestran impactos individuales de fotones, que parecen aleatorios, mientras que la acumulación muestra la densidad de probabilidad de encontrar un fotón, tiene un patrón de difracción característico de la frecuencia de luz que acumulan estos fotones.
La física no es una asignatura sencilla, los conceptos se acumulan y se necesita mucha modelización matemática para organizar las observaciones y poder predecir nuevos resultados. Pero la estructura lógica anterior de los marcos en los que se debe trabajar debe mantenerse clara.
