En apartados anteriores ha quedado claro que ninguno de ambos modelos puede, por sí sólo, explicar todos los fenómenos relativos al comportamiento de la luz y que lo que se hace al plantear una supuesta naturaleza dual a la luz es considerar que en cada situación particular prevalezca una de "las dos naturalezas" y se anule la otra. Pues bien, no hace falta incurrir en esta incoherencia, porque lo cierto es que la Teoría Cuántica de la luz o Electrodinámica Cuántica ha mostrado que basta una sola descripción (precisamente la descripción cuántica) para dar cuenta, tanto cualitativamente como cuantitativamente, de todos los comportamientos conocidos sobre la luz.

De manera más precisa cabe afirmar que la Teoría Cuántica de la Luz describe el comportamiento cuántico de los fotones y de sus interacciones con la materia. En ella, al igual que un sistema material, como, por ejemplo, un electrón, se describe mediante una función de onda que representa una amplitud de probabilidad, un fotón también se describe mediante una amplitud de probabilidad, que es una función de la posición y del tiempo. El módulo al cuadrado de esa función, en una posición y un instante dados, representa la densidad de probabilidad de presencia de un fotón en ese punto y en ese instante.

Se puede ilustrar el significado de esta descripción probabilística en cualquiera de los procesos que se han visto en apartados anteriores de este tema. Por ejemplo: a) En el experimento de la doble rendija, realizado fotón a fotón, la descripción probabilística cuántica prevé que se producirán más (menos) impactos en las zonas de la pantalla en las que la densidad de probabilidad del fotón sea mayor (menor), hasta formar la figura de interferencia. b) En un experimento de reflexión (refracción), para luz incidente en una dirección dada, la teoría cuántica prevé que la probabilidad de detectar al fotón será máxima en un detector situado en la dirección de salida predicha por la ley ordinaria de la reflexión (refracción) de la luz. c) En una experiencia de polarización, como la birrefringencia, la teoría cuántica prevé que la probabilidad de detectar al fotón presenta un máximo para cada uno de los detectores situados según las dos direcciones de salida de la luz (cada fotón sólo es registrado por uno de los detectores). (por otro lado, la polarización está relacionada con una propiedad intrínseca del fotón denominada espín). d) En el efecto fotoeléctrico, la teoría cuántica establece que la probabilidad de que el fotón arranque un electrón del metal sobre el que incide determina la tasa de producción de electrones salientes frente a fotones incidentes. Etc.

En el apartado siguiente y último de este tema se va a desarrollar un ejemplo de explicación gráfica (cualitativo) del funcionamiento de la teoría cuántica de la luz. Antes de ello es importante aclarar el hecho fundamental de cuál es el margen de aplicabilidad de los dos modelos clásicos previos al desarrollo de esta teoría, a los que nos hemos estado refiriendo a lo largo de todo el tema, o , dicho de otro modo, cuál es el grado de imprecisión en que se puede incurrir (con respecto a la siempre más correcta teoría cuántica de la luz) cuando se usa uno u otro .

Acerca de esta cuestión, conviene saber, en primer lugar que la teoría electromagnética clásica supone una excelente aproximación de la teoría cuántica de la luz para interpretar todos los procesos luminosos que admiten una descripción efectiva global y macroscópica, y que esto ocurre siempre que el número de fotones por unidad de frecuencia es muy grande. En otras palabras, cuando una gran cantidad de fotones viajan juntos, su naturaleza cuántica se manifiesta dando lugar a unos resultados (por ejemplo, en la reflexión, la refracción, la difracción, las interferencias, etc.) que prácticamente coinciden con los que obtiene la teoría electromagnética de Maxwell. Por eso, dicha teoría, es decir, el modelo ondulatorio clásico de la luz, sigue siendo muy útil, y es totalmente adecuado para interpretar de manera global esos comportamientos de la radiación lumínica.

En tercer lugar, por lo que se refiere al modelo fotónico clásico, ya se ha visto en apartados anteriores, que es muy útil para describir muchos procesos que involucran a la luz diseccionándolos de manera que se de cuenta de interacciones que en ellos tienen lugar a nivel íntimo entre entidades materiales (átomos, moléculas, redes atómicas o moleculares, núcleos, etc.) y fotones. Estas descripciones incluyen a los fenómenos que abrieron la crisis del modelo ondulatorio (por ejemplo, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, la producción de rayos X, los espectros atómicos, etc.), pero también a otros procesos de la luz que sí podía describir globalmente la teoría electromagnética clásica, como la emisión y absorción de luz, la transparencia u opacidad de los materiales, el valor diferente de la velocidad de la luz dependiendo del medio en que se propaga, la reflexión y la refracción (dando cuenta de las interacciones de los fotones con las partículas de la interfase entre los dos medios involucrados), la dispersión (previendo que fotones de diferente frecuencia se han de desviar con un ángulo diferente), etc. Eso sí, el modelo fotónico se ha de usar con mucha precaución y siendo consciente de que, puesto que los fotones no se comportan como partículas clásicas, sus descripciones, o son puramente cualitativas (como ocurre en el caso de la difracción e interferencias, donde el modelo se limita a presentar los resultados experimentales), o son sólo parcialmente cuantitativas (como ocurre en el efecto fotoeléctrico, donde el modelo puede calcular la frecuencia umbral, pero no la tasa de electrones salientes frente a fotones incidentes).

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