Bestimmte Modelle halten in bestimmten Regimen besser. Beispielsweise ist die Newtonsche Mechanik nützlicher im Regime von Geschwindigkeiten, die viel langsamer als c sind. Ich habe mich gefragt, gibt es bestimmte Frequenzen für Licht, bei denen das Wellenmodell zusammenbricht und wir in Bezug auf Photonen denken müssen? Für niedrige Frequenzen zum Beispiel würde ein Detektor vielleicht anfangen, Lichtimpulse zu erkennen und nicht mehr einen konstanten Lichtstrom (obwohl Photonen bei höheren Frequenzen immer noch existieren, kommen sie so häufig an, dass zum Beispiel unsere Augen sie nicht wahrnehmen ankommende Pulse als unterschiedlich). Ich habe mich gefragt, ob mein Denken richtig war und ob sich die beiden Modelle mathematisch annähern, z. B. wie nähert sich der korrekteren relativistischen Energie an?
Statt der Frequenz lässt sich dies besser anhand der Quantenkonzentration parametrisieren. Wenn Sie eine Radiowelle der Wellenlänge betrachten und Frequenz , das kleinste Volumen, in dem eine solche Welle lokalisiert werden kann, liegt in der Größenordnung von . Wenn die Energiedichte der Welle ist , dann ist die Anzahl der Photonen pro Kubikwellenlänge , die als Quantenkonzentration bezeichnet wird.
Wenn , können wir beispielsweise eine Antenne in die Welle stecken und ihr elektrisches Feld abtasten, und quantenmechanische Zufälligkeit ist nicht wichtig, da auf die Antenne eine große Anzahl von Photonen einwirkt. In diesen Situationen ist die quantenmechanische Beschreibung (Welle-Teilchen) gut, aber auch die klassische Näherung (reine Welle) ist in Ordnung.
Es ist wahr, wann ist groß, tendenziell klein, und daher wird die klassische Näherung tendenziell schlechter sein, für feste Werte aller anderen Variablen. Dies ist eine anständige grobe Erklärung dafür, warum die Quantennatur des Lichts beispielsweise für Gammastrahlen so viel einfacher zu erkennen ist.
Es stimmt sicher nicht immer, dass die klassische Näherung bei niedrigen Frequenzen gilt. Zum Beispiel hat das Wasserstoffatom Absorptionslinien im Mikrowellenspektrum (aufgrund der Lamb-Verschiebung), und es gibt keine Möglichkeit, diese diskreten Linien mit klassischer Physik zu erklären.