¿Cómo se relaciona la amplitud de la luz con el número de fotones?

Question

Si se aumenta el número de fotones que salen de una fuente de luz, aumenta el brillo/intensidad, por lo que podría decirse que la intensidad es directamente proporcional al número de fotones. Sin embargo, la intensidad es directamente proporcional a la amplitud al cuadrado, lo que me lleva a preguntarme si al aumentar la amplitud de una onda luminosa, lo que se hace es crear más fotones en lugar de afectar de alguna manera a cada fotón individual.

Answer 1

Sí, bastante. Cuando aumentas la amplitud de una onda luminosa, en esencia sólo estás enviando más fotones del mismo tipo. La energía de cada fotón es $hf$ (aunque teniendo en cuenta los paquetes de ondas, en los que cada fotón vendrá con una distribución de probabilidad en un rango de frecuencias), por lo que si se aumenta el flujo de energía es necesario aumentar el flujo de fotones.

Por supuesto, cuando se profundiza en el tema, las cosas no son tan sencillas, porque el valor exacto del campo eléctrico es una variable mecánica cuántica análoga a la variable de posición de un oscilador armónico cuántico, y no se puede describir realmente como una variable con una oscilación bien definida. (En particular, por ejemplo, si conoces con precisión la intensidad de la luz, entonces pierdes toda la información sobre la fase de las oscilaciones, y viceversa). Sin embargo, el campo eléctrico está esencialmente confinado a una región que crece como la raíz cuadrada del número de fotones en el modo.

Answer 2

Tienes toda la razón. La intensidad aumenta el número de fotones sin cambiar la frecuencia ni la distribución de esa frecuencia. Es así de sencillo, incluso al nivel más profundo de comprensión, sin entrar siquiera en campos o modos cuánticos.