¿Es posible ver fluctuar la intensidad de la luz?

Question

Las soluciones a las ecuaciones de Maxwell muestran que el $ \vec {E}$ y $ \vec {H}$ son de la misma fase, lo que significa que van al máximo y a cero juntos, por lo tanto la intensidad de la onda electromagnética debe ser "grumosa".

Mi primera pregunta es, si tengo un detector de intensidad de luz lo suficientemente rápido, o digamos que detecta baja frecuencia como las ondas de radio, ¿puedo ver la fluctuación de la señal de intensidad?

Siempre pienso que es razonable observar que, hasta que aprendí en la teoría de los campos cuánticos, que decirme que las interacciones electromagnéticas obedecen a la invariancia de transformación del medidor de fase, la fase es siempre relativa, la fase absoluta no es observable.

¿Por qué no se puede observar la fase absoluta? Por supuesto que podemos ver la fase absoluta en la corriente alterna, así que estoy confundido, ¿qué es lo que la teoría cuántica de campos trata de implicar?

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ACTUALIZACIÓN:

Para la segunda pregunta, parece que estoy mezclando la amplitud compleja en la óptica y la función de onda en la mecánica cuántica, amplitud compleja $u=e^{i \varphi }$ es en realidad una representación de $ \cos \varphi $ mientras que la función de onda $ \psi =e^{i \varphi }$ no tiene un significado porque sólo el $| \psi |^2$ es observable.

Answer 1

Tu primera pregunta (y en parte la segunda) revela un posible problema filosófico que tienes: piensas que las ecuaciones de Maxwell (o cualquier otra expresión matemática) es La Ley Absoluta que sigue la Naturaleza. No es así. En cambio, inventamos modelos que puede describir (con cierta precisión) cómo se comportan las cosas a nuestro alrededor. No es la naturaleza la que obedece a nuestras ecuaciones, es nuestra modelos son lo suficientemente adecuadas para describir la naturaleza. Piénsalo.

En cuanto a la segunda parte de tu pregunta - puedes observar la fase (o al menos la influencia de ella), y medirla usando sensores de frente de onda como Shack-Hartmann o Sensor de curvatura . Se puede ver la falta de homogeneidad de las fases cuando se miran las estrellas por la noche - están parpadeando debido a la turbulencia de la atmósfera.

Considere el frente de onda como una matriz compleja $U_{out} = A e^{- i \phi }$ con la amplitud $A = |U_{out}|$ en W/m $^2$ y la fase $ \phi = tan^{-1} \frac {imag(U_{out})}{real(U_{out})}$ . Usando algo como el sensor de frente de onda Shack-Hartmann, puedes estimar la fase, es decir, la $ \phi $ en $U_{out} = A e^{- i \phi }$ .

Answer 2

En principio, debería ser capaz de detectar los nodos y anti-nodos de la luz, siempre que:

• estás en un límite clásico, con suficientes fotones detectados por período para hacer que la cuantificación sea irrelevante
• tu "luz" es en realidad una onda electromagnética de baja frecuencia, baja lo suficiente para que su detector vea los golpes individuales.

Esto termina siendo bastante cercano a su ejemplo de ver la fase de la corriente alterna. Puedes hacer lo mismo con las ondas de frecuencia más altas como siempre y cuando tu electrónica sea lo suficientemente rápida.