El fotón y la constante de Planck (h)

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Después del electrón discutimos el fotón. Esto era necesario para explicar la dilatación temporal observada en partículas cósmicas. Se ha debatido el electrón estimulado y la posibilidad de emitir la energía de oscilación. Sin embargo, no abordamos la posible representación física del fotón. Ahora disponemos de más información deducida para poder describir el fotón. Los fotones de alta energía pueden descomponerse y producir un positrón y un electrón. La suposición de que en un fotón se establece una separación de carga no es descabellada. ¿Cómo más podrían emerger una partícula positiva y una negativa de un fotón? Los fotones de menor energía probablemente también tengan una separación de carga durante la oscilación, pero la energía es insuficiente para obtener dos electrones. La carga de un positrón es +Qe y del electrón –Qe. Suponemos que la separación de carga en cualquier fotón arbitrario es +Qe/n y –Qe/n. La fuerza atractiva entre los dos cargos separados +Qe/n y –Qe/n es:

con R la distancia entre ambos cargos Qe/n.

El problema al calcular la energía a partir de fuerza por distancia es que no se conoce hasta qué distancia actúa la fuerza. Cuando R se acerca a cero, la fuerza entre ambos cargos se vuelve infinitamente alta y surge una singularidad. Cuando discutimos el protón y el neutrón calculamos el radio de ambos en Rp y Rn. Asumimos que la fusión de positrones y electrones se detendría cuando el radio de la partícula compuesta alcanzara el radio del punto‑volumen. Así consideramos Rp y Rn como una aproximación del radio del punto‑volumen. Cuando ambos cargos +Qe/n y –Qe/n se aproximan y se fusionan en un punto‑volumen (R<=Rn), ya no hay fuerza externa en el ether que acumule y concentre energía. La singularidad se evita.

Tenemos el radio Rn como indicación de a qué distancia actúa la fuerza. Sin embargo, no sabemos a qué distancia se separan ambas cargas en la oscilación. La longitud de onda de un fotón λ disminuye proporcionalmente con la energía del fotón. Para poder integrar la fuerza F entre ambas partículas suponemos la distancia máxima arbitraria de ¼ de la longitud de onda.

El factor aún desconocido es el valor de n. Sabemos que la fuerza y la energía aumentan con , por lo tanto la longitud de onda λ del fotón debe ser proporcional a . Para resolver el problema y poder calcular la energía de la oscilación necesitamos la relación exacta entre λ y n. Sabemos que , pero no conocemos el valor de a. Sin embargo, sabemos que si n=1⪥ la separación de carga es +Qe y –Qe y que el radio de un electrón es Re. La suposición más directa y, por tanto, la más probable para la relación entre es a=Re. Todos los factores para calcular la energía de la oscilación son conocidos. Calculamos la energía de la oscilación :

Con Re el radio del electrón, Rn el radio del neutrón, como aproximación al radio del punto‑volumen, Qe la carga elemental del electrón y λ la longitud de onda del fotón. La energía calculada Wψ corresponde solo a la oscilación. El fotón no solo oscila, sino que también se desplaza a la velocidad de la luz c. Suponiendo que la energía del fotón, al igual que la energía del electrón, se divide igualmente entre ambos grados de libertad, la energía total del fotón será Wf=2Wψ (oscilación + energía cinética).

La energía calculada de la oscilación, entre dos cargas +Qe/n y –Qe/n, y la energía cinética del fotón (c), es igual dentro del 6 % de la energía de un fotón según Wf=hv. La constante de Planck h es, por tanto, teóricamente contabilizada dentro de un error de aprox. 6 %. ¿De nuevo pura coincidencia?

Es muy improbable que la constante de Planck se derive teóricamente con un enfoque simple y directo, si el radio calculado Rn no está relacionado con h. La derivación anterior implica que un fotón puede describirse como una oscilación de dos cargas que se mueven a velocidad c. Figura 21 ilustra la oscilación electromagnética de ambas cargas esquemáticamente.

Figura 21. La ilustración esquemática de la posición de las cargas en el fotón.

La distancia máxima arbitraria entre ambas cargas se fijó en ¼λ. Cuando la distancia entre ambas cargas es ¼λ alcanzan la distancia máxima y no se separan más. La energía de oscilación es ahora totalmente electrostática e igual a ; la mitad de la energía del fotón. Cuando ambas cargas se acercan entre sí dentro del punto‑volumen, la energía de oscilación se transforma de potencial a dinámica o, en otras palabras, de electrostática a magnética/cinética. La consecuencia de la presentación es que un fotón puede describirse simplemente como una oscilación de dos cargas opuestas. Cada carga representa una masa de ⪫⪫ ½Mf; con ⪫⪫ M⪫⪫f la equivalencia de masa de un fotón. La oscilación forma un ángulo recto en la dirección del fotón. El impulso de un fotón, presentado como dos cargas/masas oscilantes, que se mueven a velocidad c en la dirección del movimiento, es If=Mfc. El impulso del fotón es, por tanto, igual al impulso I de cualquier masa en movimiento ⪫⪫ M⪫⪫ con velocidad v (I=Mv). El impulso del fotón es igual al impulso de cualquier masa ordinaria en movimiento según la mecánica clásica. Esto se debe a que la mitad de la energía/masa del fotón no contribuye al impulso en la dirección del movimiento. La oscilación no muestra un impulso fuera de la oscilación.

Figura 22. La posición de carga instantánea y desplazamiento dieléctrico de un fotón.

Cuando las cargas se acercan la energía potencial disminuye y la energía magnética aumenta. Cuando ambas cargas se fusionan la energía de oscilación es cinética . El ciclo esquemáticamente completo de la oscilación de un fotón se presenta en figura 23. El fotón muestra todos sus secretos en una descripción mecánica clásica simple y directa. De esta forma no hay nada misterioso o relativista sobre el fotón. El ether hace la presentación simple y comprensible y no debe ser rechazado por eso.

Cuando el lector conduce un coche a una velocidad v, y la masa del coche es Ma, entonces la energía cinética es . Imagine que su coche tiene dos compartimentos, donde ambos pueden moverse independientemente uno del otro. Usted está en un compartimento y su pasajero en el otro.

Figura 23. El fotón moviéndose a través del ether.

El coche se desplaza con velocidad v, y ambos compartimentos se mueven con v opuesto y perpendicular a la velocidad del coche. Tú y tu pasajero se cruzan con v en dirección opuesta perpendicular a la dirección del coche. Ambos compartimentos están unidos por un resorte, de modo que la velocidad de los compartimentos disminuye cuando se separan. Cuando tú y tu pasajero dejan de separarse, la energía de la oscilación es potencial. El resorte los atrae y se vuelven a cruzar con velocidad 2v. Ahora la energía de la oscilación es dinámica. La energía de la oscilación es también , por lo que la energía total (velocidad + oscilación) del coche en movimiento y oscilante es y el impulso en la dirección del movimiento es MaV: comparable con el fotón. En la comparación solo difieren la masa y la velocidad.

Próximo capítulo:  The photon y la constante de Planck matemáticamente