Dualidad luz-onda-partícula

Question

He estudiado sobre la naturaleza dual de la luz y todos los experimentos que demostraron que la luz era una onda y a veces una partícula, y me siento cómodo con el concepto de que puede ser ambas cosas. Sin embargo, tengo algunas preguntas que me confunden.

1) Si tengo dos colores diferentes de luz, sé que son ondas con frecuencias diferentes si me fijo en su naturaleza ondulatoria, pero ¿qué causa la diferencia de color según la naturaleza de las partículas? ¿Es el número de fotones o la energía que contiene el fotón?

2) según la naturaleza ondulatoria, la energía es proporcional a la amplitud de una onda. ¿Significa esto que un haz de luz roja puede tener más energía que otro si aumento su amplitud? ¿Y cómo puedo aumentar su amplitud? (¿brillando más luz?)

3) ¿a qué corresponden exactamente la amplitud y la frecuencia en la naturaleza de las partículas y la naturaleza de las ondas y cómo lo veo físicamente (color, brillo, etc.)? Si alguien pudiera explicarlo usando analogías, sería genial.

Answer 1

(1) es la energía en el sentido de que el fotón oscila a una determinada frecuencia. (2) no estoy seguro de que se pueda explicar físicamente una onda de luz. Más luz es sólo más fotones, más energía son fotones con frecuencias más altas. (3) en cuanto a la naturaleza de partícula de la luz, el fotón tiene una frecuencia. Oscila frecuentemente entre amplitudes positivas y negativas a medida que se desplaza. En cuanto a la naturaleza ondulatoria de la luz no estoy seguro. El color que se ve depende de la frecuencia de los fotones. Nuestros ojos han evolucionado para interpretar estos fotones de frecuencias diferentes como colores diferentes. El brillo depende del número de fotones.

Answer 2

En óptica, se habla más bien de intensidad de la luz, que es la energía por tiempo y por superficie. Cuanto más brillante es la luz, más intensidad tiene. La energía transportada por un haz luminoso por minuto es proporcional a la amplitud al cuadrado de una onda o al número de fotones multiplicado por su energía.

$E\propto |E_0|^2$ para olas y

$E=n \cdot E_{photon}=n \cdot h \cdot f$ (h es la constante de Planck)

Para aumentar la intensidad de un haz luminoso, puede aumentar el número de fotones emitidos por segundo o puede aumentar la frecuencia de la luz. En ambos casos aumentará la amplitud de la onda electromagnética.

Para que la confusión sea perfecta, a veces la energía de un solo fotón sí importa y sólo aumentar su número no ayudaría (los fotones no "llegan" exactamente al mismo tiempo, así que si se necesita un cierto umbral de energía para un proceso específico, no se puede simplemente sumar sus energías). Un ejemplo clásico es el efecto fotoeléctrico que le valió el Premio Nobel a Albert Einstein