¿Cómo refutar las negaciones de la existencia de los fotones?

Question

Recientemente me he encontrado con varios ingenieros que no "creen en" los fotones. Ellos creen que experimentos como el efecto fotoeléctrico pueden ser explicados con campos electromagnéticos clásicos + niveles de energía cuantizados en átomos. Existe un artículo de 1995 de Lamb en estas líneas titulado "Anti-fotón".

¿Cuáles son algunos experimentos fácilmente entendibles que prueban la existencia de fotones, a los que puedo hacer referencia en discusiones con defensores anti-fotón?

Answer 1

El problema aquí, creo, no es la existencia de fotones, sino el hecho de que las personas pueden elegir terminología y conceptos que les resulten atractivos.

La palabra fotón fue acuñada hace mucho tiempo para una idea que está bastante lejos de las opiniones actuales sobre la luz y el significado de la palabra ha estado evolucionando durante muchas décadas.

Su uso actual en libros de texto y documentos es bastante amplio y puede considerarse inconsistente: en una situación, un fotón es un punto en la pantalla del detector, en otra es algo que se extiende por todo el montaje experimental, y en otro es un cuanto de energía que se absorbe en una pequeña región del espacio comparable a un átomo.

Un uso tan liberal de una palabra puede no ser atractivo para las personas a las que les gustan sus términos generales y claros, por eso podrían preferir el término campo EM (incluso en teoría cuántica) en su lugar.

Las posibilidades de modelado matemático de la luz mediante campos continuos han evolucionado hasta el punto en que pueden dar cuenta de muchos experimentos que anteriormente se pensaba que requerían la idea de partículas de luz. El efecto fotoeléctrico, el experimento de la doble rendija, la radiación del cuerpo negro pueden abordarse desde el punto de vista matemático donde la luz se describe mediante campos continuos.

Al final, la explicación de un experimento que involucra luz con palabras y matemáticas es solo eso, y no prueba nada sobre de qué "realmente consiste" la luz.

Answer 2

Les diría que vuelvan a leer y entiendan ese documento, y sepan que pocos espectroscopistas estarían en desacuerdo con él. El punto es que demasiadas personas usan la palabra "fotón" sin saber realmente qué es un fotón o en qué contexto se puede utilizar la palabra. Para la gran mayoría de aplicaciones, una concepción semi-clásica del campo de radiación es adecuada. El autor quiere dejar de usar la palabra, no negar la existencia real de esa entidad, como se define a través de un riguroso tratamiento de QED del campo de radiación.

Answer 3

Las estadísticas de conteo de fotones no siempre pueden explicarse por campos clásicos. En estos experimentos, el estado del campo se monitorea continuamente por un fotodetector. Creo que estos representan una de las demostraciones experimentales más claras de la naturaleza cuántica del campo de radiación.

Por ejemplo, al observar la emisión de fotones de un solo átomo, nunca se detecta un segundo fotón emitido inmediatamente después del primero. Esto se debe a que después de un evento de emisión espontánea, el campo de radiación está en un estado de Fock con un número definido de fotones. Este efecto de "antiagrupamiento" fue observado por Kimble et al. en 1977 y se informa aquí. No es posible explicar la distribución de intensidad experimental como derivada de un campo eléctrico clásico subyacente, incluso si permitimos que el campo fluctúe estocásticamente. Por lo tanto, se encontró que la teoría cuántica de la luz es necesaria.

Se debe tener en cuenta que estas conclusiones no dependen del uso de tubos fotomultiplicadores en los detectores o cualquier otra cosa relacionada con el efecto fotoeléctrico. Solo se necesita un dispositivo capaz de medir la intensidad de la luz con suficiente resolución temporal.

Answer 4

Los fotones se observan como radiación con un determinado espín y otras propiedades. Como tal, existen.

Pero según los principios de dilatación del tiempo y contracción de la longitud, desde su punto de vista (hipotético) propio, se reducirían a un solo momento. Su tiempo propio sería cero, la distancia de su geodésica (y también el intervalo espacio-temporal) se reduciría a cero. Eso significa que desde su punto de vista (hipotético), nada estaría moviéndose, solo un momento transmitido directamente sin una onda de un electrón a otro, sin partícula alguna.

Por supuesto, esta es una realidad hipotética y calculada porque los fotones no son observadores y no tienen un marco de referencia. Pero según los principios de dilatación del tiempo y contracción de la longitud, también podemos estar seguros de que nuestra observación no se corresponde con la realidad.