Respuesta general: Esta misma pregunta es lo que nos motivó al Dr. Jack McCrae y a mí a desarrollar la presentación de IEEE que elegí para mi lema Quora Bio, ver arriba. He trabajado en antenas y procesamiento de señales relacionadas durante casi 40 años. A menudo reflexiono sobre los problemas al aire libre, senderismo, ciclismo, vela o simplemente pasear al perro. La vista cuántica (partícula) es a menudo una forma más simplificada de pensar sobre las cosas cuando el papel y el lápiz no son útiles. El siguiente ejemplo ilustra que a veces no tiene más remedio que pensar en términos de partículas cuánticas para antenas más avanzadas:
Me encanta la vista de partículas de fotones de las antenas. Reemplaza ecuaciones complejas con una película que puedes reproducir en tu cabeza. La teoría EM no puede hacer eso por ti. Si te interesa buscar en Google mis numerosos trabajos de investigación publicados, verás que las matemáticas entran en esto por necesidad, pero el trabajo real está acertando correctamente los modelos que a menudo solo Quantum puede hacer.
Detalles del empollón para aquellos que se preocupan: sin más preámbulos, así es como imagino las antenas desde una perspectiva cuántica. Me enfocaré en una antena de látigo de metal simple como la que vemos en autos más viejos o radios más viejas. Ignoraré muchas sutilezas [polarización, resistencia a la imperfección, figura de ruido] pero retendré la precisión. Un fotón de radiofrecuencia (RF) golpea la antena en algún lugar, por lo que un electrón la absorbe. La antena está acoplada a un transductor (quizás un simple circuito de circuito RC), que está conectado a tierra. El electrón absorbente solo se une libremente a un átomo de metal, por lo que puede aceptar casi cualquier nivel de energía de fotones, y comienza a acelerar. Al poseer más energía que sus vecinos, buscará volver a su estado fundamental. Lo hace emitiendo un fotón, colapsando a un nivel de energía más bajo y, por lo tanto, a través de la absorción de fotones, lo que implica su aceleración a un electrón vecino. La conexión a tierra proporciona una dirección de flujo preferencial ya que proporciona una vía de escape para el flujo de electrones. A medida que los electrones se disipan en el suelo, el lado ascendente del bucle RC experimenta la extinción de electrones (carga positiva), que a su vez extrae electrones del suelo (negativo). Esto provoca un flujo de corriente cíclico.
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Ahora, ¿qué hace que el circuito antena-transductor resuene desde una perspectiva cuántica? Bueno, el ciclo de transferencia electrón-fotón-electrón ocurre a una velocidad bastante cercana a la de la luz. (Esto no es cierto en la transferencia de electrones en reacciones químicas más complejas, debido al acoplamiento más estrecho de electrones al núcleo). Así que ahora imagine que una corriente fluye desde el circuito RC hacia la base de la antena de látigo. Todos los electrones perdidos en la antena habrán subido a la punta de la antena, al igual que su cabello se pone de punta cuando absorbe electricidad estática. [Inmediatamente usaremos el término abusivo “electrón que fluye” como abreviatura para la transferencia de energía electrón-fotón-electrón como es habitual.] Los electrones se repelen entre sí para que un electrón en la base de la antena vea una multitud de electrones libres entre sí y tierra, pero no hay electrones libres en la antena, excepto en la punta que está muy lejos. Si un electrón pudiera pensar que podría suponer que subir la antena para escapar de sus molestos electrones es un acto inútil, porque tarde o temprano llegará a la punta de la antena. En este punto, los electrones están al acecho y el electrón que fluye será repelido hacia abajo por la antena de donde vino. Afortunadamente, los electrones carecen de control de impulsos (y de cerebros), por lo que suben a ciegas por la antena, con lo cual son repelidos por los electrones en la punta y vuelven a descender por el cable. Si hace los cálculos, verá que el tiempo de viaje para un electrón a través de una antena de media longitud de onda es entonces [matemáticas] \ tau = \ frac {\ lambda} {c} \ rightarrow \ omega = \ frac {c} {\ lambda }. [/ math] ¡Acabamos de explicar cómo funcionan las antenas y al mismo tiempo derivamos la ecuación para acoplar la longitud de onda del fotón a la frecuencia!
Como ejercicio mental, es posible que desee utilizar este punto de vista para recorrer los cálculos de SNR para antenas y conjuntos en fase. Eso es lo que Jack y yo hicimos en Radar en el límite cuántico.
Nota: Las plantas usan antenas sintonizadas a la frecuencia de la luz visible, vea la respuesta de Allan Steinhardt a ¿Cuáles son algunas de las cosas más fascinantes que los biólogos saben o entienden que la mayoría de la gente no sabe? En este caso, la vista de partículas cuánticas de la antena es realmente la mejor manera de interpretar lo que está sucediendo. Doy más ejemplos en esa publicación de cómo la vista cuántica arroja percepciones de antena para antenas hechas por humanos.
Advertencia: Si bien puede usar la naturaleza de partículas de la luz para visualizar el comportamiento de la antena, no puede usar la ecuación de Schrodinger directamente porque no es relativista.
Foto de origen: Fuentes de fotones individuales
