En física moderna, el fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético.
Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio.
El fotón no tiene masa y viaja en el vacío con una velocidad constante (300.000 km/seg).
Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias (dualidad onda-partícula). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía.
Los fotones de Einstein
En 1905, Albert Einstein logró una notable explicación del efecto fotoeléctrico, un experimento hasta entonces preocupante que la teoría ondulatoria era incapaz de explicar. Lo hizo postulando la existencia de cuantos de luz con propiedades corpusculares: los fotones.
En el efecto fotoeléctrico se observaba que si un haz de luz incidía en una placa de metal producía electricidad en el circuito. Presumiblemente, la luz liberaba los electrones del metal, provocando su flujo. Sin embargo, mientras que una luz azul débil era suficiente para provocar este efecto, la más fuerte e intensa luz roja no lo provocaba. De acuerdo con la teoría ondulatoria, la fuerza o amplitud de la luz se hallaba en proporción con su brillantez: La luz más brillante debería ser más que suficiente para crear el paso de electrones por el circuito. Sin embargo, extrañamente, no lo producía.
Einstein llegó a la conclusión de que los electrones eran expelidos fuera del metal por la incidencia de fotones. Cada fotón individual acarreaba una cantidad de energía E, que se encontraba relacionada con la frecuencia ν de la luz, mediante la siguiente ecuación:
E=hv
Donde h es la constante de Planck (cuyo valor es 6,626 × 10−34 J.s).
Sólo los fotones con una frecuencia alta (por encima de un valor umbral específico) podían provocar la corriente de electrones. Por ejemplo, la luz azul emitía unos fotones con una energía suficiente para arrancar los electrones del metal, mientras que la luz roja no. Una luz más intensa por encima del umbral mínimo puede arrancar más electrones, pero ninguna cantidad de luz por debajo del mismo podrá arrancar uno solo, por muy intenso que sea su brillo.
Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921 por su teoría del efecto fotoeléctrico.
La paradoja de la dualidad onda-corpúsculo es resuelta en el marco teórico de la mecánica cuántica. Dicho marco es profundo y complejo, además de imposible de resumir brevemente.
Cada partícula en la naturaleza: fotón, electrón, átomo o lo que sea, puede describirse en términos de la solución de una ecuación diferencial, un ejemplo típico es la ecuación de Schrödinger, pero también la ecuación de Dirac. Estas soluciones son funciones matemáticas llamadas funciones de onda. Las funciones de onda pueden difractar e interferir con otras o consigo mismas, además de otros fenómenos ondulatorios predecibles descritos en el experimento de la doble rendija.
Las funciones de onda se interpretan a menudo como la probabilidad de encontrar la correspondiente partícula en un punto dado del espacio en un momento dado.
Por ejemplo, en un experimento que contenga una partícula en movimiento, uno puede buscar que la partícula llegue a una localización en particular en un momento dado usando un aparato de detección que apunte a ese lugar. Mientras que el comportamiento cuántico sigue unas funciones determinísticas bien definidas (como las funciones de onda), la solución a tales ecuaciones son probabilísticas. La probabilidad de que el detector encuentre la partícula es calculada usando la integral del producto de la función de onda y su complejo conjugado.
Aunque consideremos a la función de onda como una propagación de la partícula en el espacio, en la práctica el detector verá o no verá la partícula entera en cuestión, nunca podrá ver una porción de la misma, como dos tercios de un electrón. He aquí la extraña dualidad: La partícula se propaga en el espacio de manera ondulatoria y probabilística pero llega al detector (observador) como una partícula completa y localizada.
Mientras la mecánica cuántica hace predicciones precisas sobre el resultado de dichos experimentos, su significado filosófico no es comprendido por la ciencia. Esto a generado discusiones infinitas y el debate ha evolucionado como una ampliación del esfuerzo por comprender la dualidad onda-corpúsculo. ¿Qué significa para un protón comportarse como onda y como partícula? ¿Cómo puede ser un antielectrón matemáticamente equivalente a un electrón moviéndose hacia atrás en el tiempo bajo determinadas circunstancias, y qué implicaciones tiene esto para nuestra experiencia unidireccional del tiempo?, otra punto desconcertante para nuestra experiencia cotidiana ¿Cómo puede una partícula teletransportarse a través de una barrera mientras que un balón de fútbol no puede atravesar una pared de ladrillos?
En este punto mueren las palabras y los conceptos se vuelven limitados.
Los fotones son los responsables de producir todos los campos eléctricos y magnéticos, y a su vez son el resultado de que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los puntos del espacio-tiempo.
La conciencia es el verdadero sustrato de la materia, por lo que también se ajusta a los principios de la mecánica cuántica. La conciencia no es algo extraño al mundo cuántico: las partículas elementales asocian los cambios en su medio a la interferencia del observador.
Existe un diálogo inexplicable entre el ser humano y la partícula.
Pero que no se pueda explicar, no significa que no se pueda comprender. Podemos participar concientemente de esta íntima relación entre el espíritu y la materia.
La conciencia se manifiesta a partir de una relación de fotones virtuales coherentemente ordenados en el sistema cuántico del cerebro.
Partículas virtuales
Una partícula virtual es una partícula que existe durante un tiempo tan corto que debido al principio de indeterminación de Heisenberg no es posible medir sus propiedades de forma exacta. El término "partícula virtual" se utiliza en contraposición a "partícula real" para explicar las infracciones que aquella parece cometer contra las leyes de conservación (de la energía, momento, carga, etc.) durante sus interacciones, y cuanto menos tiempo parece existir más leyes físicas infringe.
Las fuerzas fundamentales son transmitidas por bosones llamados: bosones de gauge, como el fotón, bosones W y Z y el gluón. Cuando éstos bosones transmiten las fuerzas son virtuales, y son creados en el vacío.
Incluso en el vacío más perfecto, ya sea el que puede ser creado en un laboratorio, en el espacio intergaláctico o el vacío interatómico, son creados continuamente bosones de gauge con una existencia extremadamente breve.
La mecánica cuántica predice que la energía del vacío nunca puede llegar a ser cero. La energía menor posible del vacío se llama energía del punto cero, y es precisamente esta poca (aunque no nula) energía de las partículas virtuales. Éste modelo de vacío se llama vacío cuántico.
El maestro zen Keizan Jokin escribió en el año 1300:
“Según se dice, Dogen realizo
Quizás crean que el cuerpo se reduce a la carne, a los huesos y a la médula pero, si observan en profundidad, no descubrirán ni el menor rastro de ellos.
Deben experimentar por ustedes mismos.
Presten atención y descubran que existe un cuerpo que no se halla confinado a la piel, a la carne, a los huesos y a la médula.
Un cuerpo del que no podrán desprenderse por más que lo intenten, un cuerpo que jamás podrán abandonar. Es por esto por lo que, al referirse a esta condición, los patriarcas dijeron: “Cuando todo se ha vaciado todavía queda algo que no puede ser vaciado”.
Una vez que clarifiquen completamente este punto, ya no dudarán de los venerables patriarcas ni de los budas pasados, presentes ni futuros”.
Algunos de estos bosones también se presentan reales en distintos fenómenos:
Los fotones son partículas reales cuando los observamos en cualquier tipo de radiación electromagnética, como la luz o los rayos X. Cuando transmite la interacción electromagnética entre partículas con carga eléctrica los fotones son virtuales.
Las partículas fundamentales interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones entre partículas cargadas.
De todas formas la distinción entre “real” y “virtual” no es tan clara en los niveles fundamentales, donde existencia y no existencia son 2 aspectos de una misma dinámica del universo, en el que aparición y desaparición están ligadas a la conciencia del observador. Las cosas existen y no existen al mismo tiempo. Es el observador el que define y particulariza la función de probabilidades.
El observador de esta manera proyecta una realidad entre tantas otras posibles, como resultado del procesamiento subconsciente de la información a nivel cuántico.
Desde la física cuántica se puede afirmar que lo que llamamos realidad no es más que un holograma constituido por partículas elementales ordenadas en nuestro cerebro.
La misma solidez que un sueño.
Desde una perspectiva espiritual, el maestro zen Deshimaru decía.:"En un mundo ilusorio, evanescente como el rocío, solo la práctica continuada de zazen es lo real. Zazen es la forma adulta y acabada de nuestra vida. El retorno a la condición pura y original."
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