Cuando la gente dice que cada partícula en movimiento tiene una onda asociada, ¿quieren decir que las partículas se moverán hacia arriba y hacia abajo físicamente ? Por ejemplo, cuando decimos que un electrón en movimiento tiene una onda asociada, ¿oscila físicamente el electrón? ¿O es alguna otra onda, como una onda de probabilidad? Realmente no entiendo esto último.
Estoy de acuerdo con Pieter, especialmente cuando se refiere a QED, escribiendo
Feynman explica esto (en su pequeño libro QED, recomiendo leer eso) con electrones que tienen diales que giran. O uno podría representar la fase como color.
Debe señalarse, sin embargo, que Feynman era un fuerte oponente de la llamada "dualidad onda-partícula". Permítanme citar de la página 15:
Quiero enfatizar que la luz viene en esta forma: partículas. Es muy importante saber que la luz se comporta como partículas, especialmente para los que habéis ido al colegio, donde probablemente os dijeron algo sobre el comportamiento de la luz como ondas. Te estoy diciendo la forma en que se comporta , como partículas.
Y en la nota 3 de la p. 23:
Ningún modelo razonable podía explicar este hecho, así que hubo un período en el que tenías que ser inteligente: tenías que saber qué experimento estabas analizando para saber si la luz era ondas o partículas. A este estado de confusión se le llamó "dualidad onda-partícula" de la luz, y se decía en broma que la luz era ondas los lunes, miércoles y viernes, era partículas los martes, jueves y sábados, y los domingos, pensamos sobre eso! El propósito de estas conferencias es decirles cómo finalmente se "resolvió" este rompecabezas.
Totalmente de acuerdo con Feynman. Su propósito era mostrar cómo se podía modelar el comportamiento ondulatorio de las partículas asignando a cada partícula una "amplitud", un número complejo, que Feynman representa como una flecha.
En algunas notas mías elaboré más este punto. Aquí hay una traducción (el original está en italiano):
La convicción sobre el carácter ondulatorio de la luz se basó en una serie de hechos experimentales [...] que sólo recordamos por sus nombres: interferencia y difracción . Se sabía, y todavía hoy es fácil comprobarlo en el laboratorio, que todas las ondas conocidas dan lugar a interferencias y difracciones: esto es cierto tanto para las ondas superficiales en un líquido como para las ondas sonoras. De aquí se concluyó: dado que las ondas exhiben interferencia y difracción y la luz también exhibe interferencia y difracción, se sigue que la luz está hecha de ondas.
Es fácil ver que, por motivos lógicos, tal conclusión es injustificada: todos los peces viven en el agua, los delfines viven en el agua, ¿entonces los delfines son peces? No queremos decir que durante un siglo los físicos hubieran caído en un error lógico tan trivial, sino simplemente que se trataba de una inducción , no de una deducción . Era muy plausible, sobre la base de la analogía con los fenómenos ondulatorios, inducir que la luz también estaba hecha de ondas. Las ciencias experimentales proceden de esta manera muy a menudo y suelen tener éxito. Pero también puede suceder que la investigación subsiguiente muestre que la inducción fue injustificada. Esto es lo que sucedió con la luz.
Sin embargo, nuestro razonamiento no puede detenerse en este punto, porque si afirmamos que la luz está hecha de partículas (fotones), todavía tenemos que explicar cómo puede comportarse de la manera que estamos acostumbrados a atribuir a las ondas. Al menos debemos estar preparados para aceptar que si se trata de partículas, se trata de partículas sui generis , muy diferentes de la idea de partícula que podría sugerir nuestra experiencia cotidiana.
No significan que la partícula misma se mueva hacia arriba y hacia abajo en forma de onda. Lo que se entiende por comportamiento o dualidad onda/partícula es algo más sutil; algo en lo que muchas personas muy inteligentes han pasado su vida trabajando y que mi respuesta tratará de una manera simplificada que espero que pueda comprender.
Para los objetos que son muy, muy pequeños, es posible que manifiesten un comportamiento radicalmente diferente dependiendo de los detalles de su entorno, ya sea que estén aislados individualmente o sean parte de una gran población, y cómo interactúan con las herramientas que usamos para detectar y estudiarlos.
Por ejemplo, en el caso de un solo electrón que viaja a toda velocidad por el espacio, es posible interrumpir su camino con un detector que registra el impacto del electrón como si fuera una pequeña bala. También es posible interrumpir un flujo de electrones con un detector que desvía sus caminos como si fueran un tren de ondas en lugar de un chorro de diminutas balas.
La interpretación estándar de la llamada ecuación de onda que describe la propagación de un electrón a través del espacio es que la probabilidad de encontrar el electrón en un lugar dado a lo largo de su camino se puede extraer de esa ecuación, y que esta probabilidad varía de un punto a otro. de una manera que es similar a una onda: las crestas de la onda representan puntos donde es más probable que se encuentre el electrón, y los valles representan lugares donde es menos probable que se encuentre.
Existe un formalismo matemático estricto y bien definido que utilizan los profesionales capacitados para manejar preguntas como esta, y hay otros aquí que pueden proporcionarle eso si lo desea.
La onda está ahí para describir los fenómenos de difracción y de interferencia. Los haces de partículas pueden interferir destructivamente: sin intensidad en algún punto cuando ambos haces están encendidos.
Esto se puede describir mediante una fase y las matemáticas de las ondas. Cuando las fases son opuestas, la suma es cero. Feynman explica esto (en su pequeño libro QED, recomiendo leer eso) con electrones que tienen diales que giran. O uno podría representar la fase como color.
Pero físicamente, no hay una onda transversal oscilando hacia arriba y hacia abajo. Físicamente, no hay dial. Físicamente no hay color. Estas son solo representaciones de fase, que matemáticamente describen los fenómenos de muchos tipos diferentes de ondas.
Además de la respuesta de Niels, quiero agregar algunos detalles.
... la probabilidad de encontrar el electrón en un lugar dado a lo largo de su camino se puede extraer de esa ecuación, y que esta probabilidad varía de un punto a otro de una manera que es como una onda: las crestas de la onda representan puntos donde se encuentra el electrón es más probable que se encuentre, y los canales representan los lugares donde es menos probable que se encuentre.
Si uno dispara un haz de electrones a un detector, el punto expuesto podría tener una distribución gaussiana o algo similar a esto. La mancha será brillante en el centro y su intensidad se desvanecerá lejos del centro. Todo depende de cómo enfocar el haz. No hay rastro de una distribución en forma de onda.
Por otro lado, desde que H. Boersch en 1940 publicó su artículo "FRESNELSCHE Elektronenbeugung" ( Wikipedia está disponible solo en idioma alemán, pero he recopilado alguna información aquí , especialmente en la página 7) se sabe que los electrones detrás de los bordes se comportan de alguna manera similar. a la luz. Ambos se doblan bajo la influencia de un borde. La diferencia es que la luz también se desvía detrás de la sombra geométrica, mientras que los electrones se desvían solo del borde y de su sombra geométrica. Pero en ambos casos, el borde influye en las partículas de manera que se distribuyen con una intensidad de expansión detrás del borde (las llamadas franjas).
Se midieron estas franjas (eso espero) y se reivindicó una función sinusoidal de esta distribución. Esto ha permitido encontrar una ecuación de onda para esta distribución.
Todo lo demás es abstracción e imaginación. Se podría concluir que, dado que la distribución parece una onda, el haz en sí mismo es una onda. O se podría concluir que la interacción entre el haz y el borde forma la distribución de intensidad en la pantalla del observador. Pero lo último es una especulación mía.
Realmente no lo sabemos. La ontología de la física a nivel cuántico es un poco mixta. Considere que el Lagrangiano del Modelo Estándar tiene más de cien términos. Cuando las personas describen la ley física como simple, ¡seguramente no se refieren a esto!
La ontología más cercana a lo que está preguntando es Bohmian Mechanics, aunque creo que en realidad fue originada por de Broglie, quien sugirió que las partículas físicas como los electrones también podrían ser ondas. Aquí, sin embargo, las partículas son guiadas por una onda piloto.
La onda de un electrón realmente oscila en el tiempo. Cada función de onda tiene dos componentes (matemáticamente, tratamos esto usando una parte real e imaginaria de la función de onda). Estos dos componentes giran uno dentro del otro sinusoidalmente. Un componente puede tener una probabilidad del 100% y el otro cero, y luego cambiarán. Piensa en un componente como el seno y el otro como el coseno. Sin embargo, cuando mide el electrón, la probabilidad que ve es solo la suma al cuadrado de los dos componentes, sin ^ 2 + cos ^ 2 = 1, por lo que no vería estas oscilaciones.
En realidad, sin embargo, una función de onda no tiene una frecuencia fija. En cambio, es un paquete de ondas con una descomposición de Fourier que contiene muchas frecuencias. Estas ondas interfieren entre sí, lo que conduce a la ampliación del paquete de ondas con el tiempo (el electrón se dispersa). Pero no verías las oscilaciones en sí mismas a menos que hagas algo muy inteligente.
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