اقرأ في هذا المقال
تم تقديم الديناميكا الكهربية الكمومية لفوتون واحد، ويحمل الفوتون وحدة من المجال الكهربائي تتناسب عكسياً مع طول الموجة، حيث ينجذب الضوء (الفوتونات) إلى السطح الذي يصطدم به بقوة كمية تعطى بواسطة ثابت بلانك وسرعة الضوء وطول موجة الضوء، ويمكن التعبير عن القوة التي يحملها شعاع الضوء كمضاعفات قوة فوتون واحد.
استقطاب الفوتونات في فيزياء الكم
من المعروف تجريبياً أنه إذا تم استخدام ضوء مستقطب مستوي لإخراج الإلكترونات الضوئية، فهناك اتجاه مفضل لانبعاث الإلكترونات، ومن الواضح أن خصائص الاستقطاب للضوء، والتي ترتبط عادةً بسلوكها الشبيه بالموجة، تمتد أيضًا إلى سلوكه الشبيه بالجسيمات، على وجه الخصوص، حيث يمكن أن يُعزى الاستقطاب إلى كل فوتون فردي في حزمة من الضوء.
تجربة استقطاب الفوتون
يتم تمرير شعاع من الضوء المستقطب المستوي عبر فيلم مستقطب، وهو أمر طبيعي لاتجاه انتشار الحزمة، وله خاصية أنه شفاف فقط للضوء الذي يقع مستوى الاستقطاب فيه عموديًا على محوره البصري (الذي يُفترض أن تكمن في طائرة الفيلم).
تخبر نظرية الموجات الكهرومغناطيسية الكلاسيكية أنه إذا كان الشعاع مستقطبًا عموديًا على المحور البصري، فسيتم إرسال كل الضوء، وإذا كان الشعاع مستقطبًا موازيًا للمحور البصري، فلن ينتقل أي من الضوء، وإذا كان الضوء مستقطبًا عند زاوية 
على المحور ثم ينتقل جزء من طاقة الحزمة.
نشأة الفوتون المستقطب
تتكون الفوتونات المستقطبة في اتجاه معين من تيار من الفوتونات التي تستقطب كل مستوى في هذا الاتجاه، حيث لا تؤدي هذه الصورة إلى صعوبة إذا كان مستوى الاستقطاب موازيًا أو عموديًا للمحور البصري للفيلم المستقطب، ففي الحالة الأولى، لا يتم إرسال أي من الفوتونات، وفي الحالة الأخيرة، يتم إرسال جميع الفوتونات.
ماذا يحدث للفوتون في حالة شعاع عارض مستقطب بشكل غير مباشر
مع اطلاق فوتونًا واحدًا على فيلم مستقطب، ثم مراقبته لرؤية ما إذا كان سيظهر على الجانب الآخر أم لا، حيث أن النتائج المحتملة للتجربة هي إما ملاحظة فوتون كامل (طاقته تساوي طاقة الفوتون الساقط)، أو أنه لم يتم ملاحظة أي فوتون.
أي فوتون ينتقل من خلال الفيلم يجب أن يكون مستقطبا بشكل عمودي على المحور البصري للفيلم، علاوة على ذلك من المستحيل التخيل في الفيزياء للعثور على جزء من فوتون على الجانب الآخر من الفيلم، وإذا تم تكرار التجربة عددًا كبيرًا من المرات، في المتوسط، حيث يتم نقل جزء من الفوتونات عبر الفيلم، وجزء صغير 
يتم امتصاصها.
وبالتالي، نظرًا لأن التجارب مستقلة إحصائيًا عن بعضها البعض، يجب أن نستنتج أن الفوتون لديه احتمالية أن ينتقل كفوتون مستقطب في المستوى العمودي على المحور البصري، واحتمالية امتصاصه، حيث تؤدي قيم الاحتمالات هذه إلى الحد الكلاسيكي الصحيح لحزمة تحتوي على عدد كبير من الفوتونات.
لقد تم الحفاظ على فردية الفوتونات في جميع الحالات، من خلال التخلي عن حتمية النظرية الكلاسيكية واعتماد الاحتمالية الأساسية، لكن ليست هناك طريقة لمعرفة ما إذا كان الفوتون المستقطب بشكل غير مباشر سيتم امتصاصه أو نقله من خلال فيلم مستقطب، إذ أن المعروف هو فقط احتمال وقوع كل حدث، وأن حالة الفوتون محددة تمامًا بمجرد معرفة طاقته واتجاه الانتشار والاستقطاب.
خصائص الفوتون المستقطب
إن حزمة الضوء المستقطبة التي تتفاعل مع مرشح مستقطب، تكون قابلة للتكيف مع أي مجموعة من المرشحات، حيث أن حقيقة التأثير الضوئي يتطلب أن يُنظر إلى الضوء على أنه مكمم إلى فوتونات لا يغير هذا الوصف، ومع ذلك فإن النظر في التفاعل بين حزمة الفوتونات المستقطبة والمرشح المستقطب يفتح الباب لعالم مادي جديد.
ويتكون الفوتون المستقطب ذو التردد (أو الطول الموجي λ ) من كوانتا مع الطاقات التي أعطتها علاقة بلانك E=hv، حيث E هي طاقة الفوتون أو كمية الضوء، وتتناسب شدة شعاع الضوء مع عدد الفوتونات، إذ أن الاستقطاب هو خاصية جوهرية للفوتونات، حيث يمكن استنتاج ذلك من الانبعاث الاتجاهي للإلكترونات الضوئية عند استخدام الضوء المستقطب.
نظرية ديراك للفوتون المستقطب
تبدأ نظرية ديراك للفوتون المستقطب بحالتين من استقطاب الفوتون، حيث يمكن إجراء تنبؤ ناجح لما إذا كان سيمر عبر المستقطب أم لا، فإذا كان الفوتون مستقطبًا عند 0 إلى محور نقل المستقطب، فسوف يمر بالتأكيد، وإذا كان الفوتون مستقطبًا عند 90 إلى محور نقل المستقطب، فسيتم امتصاصه بالتأكيد.
نظرية عدم اليقين للفوتون المستقطب
إن جميع الفوتونات ذات الاستقطاب أو الاستقطاب المحدد متطابقة. من المستحيل، فلقد تم افتراض أن ميكانيكا الكم الأساسية لها متغيرات “خفية” (مثل قابلية النقل والامتصاص) وأنه إذا عرفت كيفية قياس هذه الخصائص للأنظمة الكمومية فلن يكون هناك عدم يقين في نتيجة تجارب ميكانيكا الكم.
إذا كانت هذه الفرضية صحيحة، فعندئذٍ في الوقت الحالي يجب أن تعتبر نتائج تجارب ميكانيكا الكم كمتوسطات إحصائية على هذه الخصائص غير المعروفة أو المخفية، وفي الآونة الأخيرة تم إجراء تجارب لاختبار قابلية فرضية المتغير الخفي، حيث تتعلق هذه الاختبارات بما يسمى نظرية بيل، وتتعارض النتائج مع فرضية المتغير الخفي وتدعم بقوة فكرة أن الأنظمة الكمومية غير مؤكدة بطبيعتها.
يتطلب عدم اليقين في نتيجة انتقال الفوتون المستقطب إعادة تعريف أساسية عند حالة النظام المادي، وتقليديًا عند القول حالة النظام المادي معروفة، فهذا يعني أن المواضع والعزم والدوران والشحنات الكهربائية معروفة لكل جسيم يتكون من النظام.
وباستخدام هذه المعلومات وقوانين نيوتن للحركة والقوانين التي تحكم القوى (الكهرباء والمغناطيسية والجاذبية) يمكن التنبؤ، بحالة النظام في وقت لاحق، ففي العالم الكمي ينهار هذا المنظر حتى مع شيء بسيط مثل حادث فوتون مستقطب على مستقطب، حيث أن هناك حاجة إلى منطق جديد تمامًا للتعامل مع هذا الموقف.
قياس الفوتون المستقطب
إن فوتونات الضوء تتأرجح لأعلى ولأسفل (أو حتى تدور في الفضاء) في اتجاهات مختلفة، وهي خاصية يسميها العلماء استقطاب، وإن الأداة التي تقيس اتجاه تموجات الضوء المموجة تسمى المستقطب.
المستقطبات لها اتجاهها الخاص، وهي حقيقة يمكنك اكتشافها من خلال النظر من خلال زوج من النظارات الشمسية المستقطبة وتدويرها ببطء، وتحدد الزاوية بين استقطاب الموجة الضوئية والمستقطب مقدار الضوء الذي يمر عبره. وعندما تستعيد سطوع شعاع من الضوء، تبدأ في الاصطدام ضد التأثيرات الكمومية.
وفي عالم الكم، يتألف الضوء من حزم من إشارات الطاقة المنفصلة تسمى الفوتونات، هذه الفوتونات غير قابلة للتجزئة، لا يمكن تقسيمها إلى قطع، لذلك عندما يصطدم الفوتون بمستقطب، فإنه إما أن يمر أو لا يمر، يعني أن عند عدم المرور عادةً الفوتون يمتص أو ينعكس بعيدًا.
