Czy fotony są nośnikami pola elektromagnetycznego?

Pytanie

Pyta Tomek

Wiem, że nośnikami pola elektromagnetycznego są fotony. Czy zatem możemy w końcu powiedzieć, że fotony są CZĄSTECZKAMI (pomimo, że wszędzie czytam o „dwoistości ich natury”, raz falowej, a raz korpuskularnej)? Czy też nie możemy tego powiedzieć, z powodu właśnie owej dwoistości ich natury Krótko: czy w końcu fotony są jakiegoś rodzaju cząsteczkami, czy nie są? I czy nośnikami samego pola MAGNETYCZNEGO, np. pola magnesu trwałego, też są fotony? Oraz, czy nośnikami samego pola ELEKTRYCZNEGO również są fotony?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W mechanice kwantowej wszystkie obiekty materialne mają, z grubsza mówiąc, dwoistą naturę – korpuskularną i falową. Dotyczy to nie tylko cząstek elementarnych (np. fotonów, elektronów, kwarków), ale także ich stanów związanych, czyli np. protonów, neutronów, jąder atomowych, atomów, a także cząsteczek związków chemicznych. Opisy korpuskularny i falowy nie są ze sobą sprzeczne. Są to po prostu dwa możliwe sposoby interpretacji tego samego formalizmu matematycznego, który umożliwia nam przewidywanie zachowania się tych obiektów w różnych sytuacjach fizycznych. Fotony są cząstkami w tym sensie wyjątkowymi, że opis falowy ich zachowania pozostaje wygodny również w zjawiskach makroskopowych, np. w przypadku emisji fali radiowej z anteny nadajnika.

Pola elektryczne i magnetyczne są tylko szczególnymi konfiguracjami pola elektromagnetycznego w pewnym konkretnym układzie odniesienia. Obserwator poruszający się względem magnesu trwałego zaobserwuje, że wytwarza on nie tylko pole magnetyczne, ale również elektryczne. Fotony są nośnikami pola elektromagnetycznego niezależnie od jego konfiguracji. W przypadkach makroskopowych pól elektromagnetycznych opis falowy jest prosty, natomiast interpretacja korpuskularna (choć możliwa) byłaby niewygodna i nieprzystosowana do naszej intuicji opartej na makroskopowych zjawiskach dnia codziennego.