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INSUFICIENCIAS
DEL MODELO FOTÓNICO DE LA LUZ |
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La descripción de la
difracción e interferencias, así como de la reflexión,
refracción y polarización de la luz, con el modelo
fotónico, pone de manifiesto que los fotones
realmente no se
comportan como corpúsculos clásicos. Un
experimento pionero que puso esto de manifiesto lo realizó
Taylor (1886-1975) en 1909 y consistió en fotografiar la sombra esparcida de una aguja
en una pantalla, mostrando que era la misma (daba lugar
a un mismo
patrón de difracción) tanto cuando se usaba luz intensa
correspondiente a un gran número de fotones, como
cuando, durante mucho más tiempo de exposición, casi
tres meses, se usaba una luz tan débil que su energía por
unidad de tiempo era, en promedio, menor que la de un
fotón. Aunque Taylor no mencionó los cuantos de luz en este trabajo, ni se refirió
tampoco al artículo de Einstein
de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico, su
experimento se puede considerar el primer ejemplo de
evidencia de que
los fotones no pueden ser corpúsculos clásicos, ya que
si lo fueran
nunca darían lugar a esos patrones de difracción e
interferencias.
Interference
fringes with feeble light
(Artículo original del trabajo de Taylor) |
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En
experimentos posteriores del tipo de
doble rendija de Young,
se ha constatado que cuando se usa luz muy débil, se
puede observar cómo se van formando, impacto a impacto
(es decir, fotón a fotón) en la pantalla, las franjas de
interferencia. |
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Es el caso que ilustra la secuencia de
fotografías adjuntas en las que se distinguen perfectamente los
impactos de fotones en la pantalla en el inicio
del experimento, y luego, según va aumentando el tiempo de
exposición, esos impactos van conformando por
acumulación el
patrón clásico de interferencias. Los
autores de este trabajo usaron un montaje
experimental basado en un
interferómetro de Mach-Zehnder, en el que se
atenuaba un haz de luz de forma que en cada
instante solo hubiera un fotón en el
interferómetro y presentaron los
resultados como un ejemplo de la controvertida
"dualidad onda-partícula" a la que nos
referiremos críticamente en el siguiente
apartado. Más allá de ello, este y otros
muchos experimentos similares han servido para reforzar
el hecho fundamental de que los fotones no se
comportan como corpúsculos clásicos.
"The wave-particle
duality of light: A demonstration experiment"
(Artículo de Dimitrova y Weis, publicado en 2008
en American Journal of Physics) |
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Por tanto, aunque, como se ha visto
en el apartado anterior, el modelo fotónico
proporciona una buena descripción a escala microscópica
de los procesos en que interviene la luz, esta
descripción es, o puramente cualitativa (por ejemplo, en
el caso de la difracción e interferencias, donde, como
acabamos de ver, el modelo se limita a presentar los
resultados experimentales), o sólo parcialmente
cuantitativa (por ejemplo, en el efecto fotoeléctrico,
el modelo permite calcular la frecuencia umbral la que
dicho efecto se puede producir, pero no la tasa de
electrones salientes frente a fotones incidentes). Para
tener una descripción completa es necesaria una implementación del
modelo que corresponda a una Teoría Cuántica, la cual,
como se verá al final de este tema, sí es capaz de
explicar en forma cuantitativa todos los procesos con
luz conocidos experimentalmente y de predecir los
resultados de nuevos procesos que se puedan diseñar en
el laboratorio.
Sin embargo, y a
pesar de que la Teoría Cuántica de la luz (o
Electrodinámica Cuántica) nació tan sólo 20 años
después del experimento de Taylor y completó su
desarrollo formal 20 más tarde (por tanto, antes del
inicio de la década de los 60), la interpretación de
hechos relativos al comportamiento de la luz (y también
de las partículas) ha estado durante mucho tiempo
contaminada por un "concepto" que se estableció
fuertemente en el periodo de crisis de la física clásica
y que, aunque es innecesario mantener en el marco que
aporta la Física Cuántica actual, ha perdurado (eso sí,
siendo fuente de fuertes controversias) durante mucho
tiempo. Nos referimos a la denominada
"dualidad onda-corpúsculo", que revisaremos
críticamente en los siguientes
apartados. |
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