Τι γίνεται αν μπορούσαμε να διδάξουμε φωτόνια να συμπεριφέρονται σαν ηλεκτρόνια;

Ενώ τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια είναι και τα δύο στοιχειώδη σωματίδια, διαφέρουν θεμελιωδώς σε διάφορες πτυχές. Τα φωτόνια είναι σωματίδια φωτός που χαρακτηρίζονται από τη δυαδικότητα των σωματιδίων κυμάτων, ενώ τα ηλεκτρόνια είναι υποατομικά σωματίδια με καθορισμένες ιδιότητες μάζας, φορτίου και κύματος. Ως αποτέλεσμα, η διδασκαλία των φωτονίων που συμπεριφέρεται ακριβώς όπως τα ηλεκτρόνια δεν είναι εφικτή. Εδώ είναι γιατί:

μάζα: Τα φωτόνια δεν έχουν μάζα, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν σχετικά μικρή αλλά πεπερασμένη μάζα. Αυτή η διαφορά είναι κρίσιμη επειδή καθορίζει τις αδρανειακές ιδιότητες των σωματιδίων και την ανταπόκρισή τους στις εξωτερικές δυνάμεις. Τα φωτόνια δεν επηρεάζονται από τα βαρυτικά πεδία, ενώ τα ηλεκτρόνια βιώνουν τη βαρυτική δύναμη.

χρέωση: Τα φωτόνια δεν φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, ενώ τα ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό φορτίο. Αυτή η διάκριση έχει σημαντικές επιπτώσεις στις αλληλεπιδράσεις τους. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να επηρεαστούν από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και συμμετέχουν σε ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, ενώ τα φωτόνια δεν επηρεάζονται από στατικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Quantum Mechanics: Τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια υπακούουν στους διακριτούς κβαντικούς μηχανικούς κανόνες. Τα ηλεκτρόνια είναι fermions, που σημαίνει ότι ακολουθούν την αρχή αποκλεισμού του Pauli και δεν μπορούν να καταλάβουν ταυτόχρονα την ίδια κβαντική κατάσταση. Αντίθετα, τα φωτόνια είναι μποσόνια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να καταλάβουν την ίδια κβαντική κατάσταση. Αυτή η διάκριση έχει βαθιές επιπτώσεις στη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των ηλεκτρονίων και των φωτονίων.

Συνοπτικά, η διδασκαλία των φωτονίων που συμπεριφέρονται ακριβώς όπως τα ηλεκτρόνια δεν είναι δυνατή λόγω των εγγενών φυσικών διαφορών τους. Η έλλειψη μάζας, η απουσία φόρτισης και οι ξεχωριστές κβαντικές ιδιότητες των φωτονίων καθιστούν θεμελιωδώς προκλητική η μεταβολή της συμπεριφοράς τους για να αντικατοπτρίζουν τα ηλεκτρόνια.