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¿Los fotones ocupan espacio?

Te recomendamos que pruebes esta solución en un entorno controlado antes de enviarlo a producción, un saludo.

Sin embargo, de alguna manera deben ocupar espacio, ya que he leído que las ondas de luz pueden chocar entre sí.

Eso no es true. Sí, las ondas de luz pueden “colisionar” e interactuar entre sí (en raras ocasiones), pero eso en sí mismo no implica que deban ocupar espacio.

Ni siquiera está del todo claro qué significa que una partícula subatómica ocupe espacio. Una partícula como un fotón es una perturbación en un campo cuántico y, en cierto sentido, se “esparce” por el espacio; no tiene un tamaño definido en el mismo sentido que lo tiene un objeto material macroscópico. Pero probablemente estará de acuerdo en que, si es posible hacer una definición sensata de “ocupar espacio” para una partícula subatómica, debería implicar evitar que otras cosas también ocupen ese mismo espacio. Los fotones no hacen eso. Son bosones y, como consecuencia, no están sujetos al principio de exclusión de Pauli, por lo que si tiene un fotón que ocupa algún espacio (lo que sea que eso signifique), en teoría puede empaquetar una cantidad ilimitada de fotones adicionales en el mismo espacio.

David Z responde muy bien una parte de tu pregunta, así que déjame completar la otra parte:

¿Eso significa que hay un brillo máximo teórico en el que no podría haber una cantidad adicional de fotones en el mismo volumen?

(Descargo de responsabilidad: solo soy un aficionado; esta es la forma en que entiendo el tema)

La respuesta es mayormente un sí. Si bien, como dice David, los fotones son bosones y, por lo tanto, en realidad no tienen un significado de “espacio personal”, la acumulación de la energía del fotón hace que suceda otra cosa muy interesante: la creación espontánea de nuevas partículas. De hecho, hay un tipo de supernova que se teoriza que ocurre debido a esto: http://en.wikipedia.org/wiki/Pair-instability_supernova.

En teoría, esto puede suceder tan pronto como haya suficiente energía para producir cualquier par de partículas-antipartículas. Sin embargo, al mismo tiempo, hay un apoyo considerable a la idea de que durante un breve período de tiempo después del Big Bang, todo eran fotones; esa fue probablemente la mayor cantidad de fotones en el espacio más pequeño jamás visto. En ese momento, el universo estaba demasiado “caliente” para permitir la producción de pares.

Entonces, en condiciones “normales”, la cantidad de fotones en un volumen dado está restringida. Sin embargo, no se trata de la Monto de fotones – se trata de su energía total.

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