Dualidad onda-partícula

Esta es la idea: cuando ves las ecuaciones de la escuela secundaria que describen un movimiento parabólico, en consecuencia visualizas una piedra voladora en tu mente. A la física no le importa lo que imagines, sino que se ocupa de las ecuaciones y su capacidad para decirte la distancia que alcanzará la piedra. Debido a que las ecuaciones fueron inventadas y ajustadas para ese propósito, los resultados numéricos de esos trucos matemáticos son iguales a lo que sucede en la naturaleza.

Alrededor de la década de 1930, algunos hombres finalmente lograron construir un conjunto consistente de trucos matemáticos que daban correctamente los mismos resultados que la naturaleza, cuando se enfrentaban a una amplia gama de problemas en los que las teorías conocidas habían fallado. Se conoce como Mecánica Cuántica. Pero, a diferencia de la parabólica de la escuela secundaria, las ecuaciones de QM están ahí pero nadie puede imaginar una representación gráfica.

Sea lo que sea lo que esté pasando ahí abajo, no hay manera posible de representarlo en tu cerebro humano. Es así. Puede que te pases la vida pensando en una ola como una entidad difusa transparente que de repente se siente observada y se transforma en una diminuta bola dura... Pero el resultado no será más que un dolor de cabeza. Con la Mecánica Cuántica ves las ecuaciones y compruebas el resultado, pero nunca hay una imagen mental paralela de una cosa voladora o lo que sea.

Sin embargo, hay buenas noticias, porque lo más básico de la teoría no es difícil de entender. Pero tened en cuenta que se trata de matemáticas (por cierto, la Física bien puede definirse como la ciencia que inventa modelos matemáticos que se asemejan al comportamiento de la naturaleza). Busque en Google una pequeña colección de conferencias en video llamada "Quantum Entanglements 1" de Susskind. Después de eso, el tercer volumen de Feynman Lectures es una buena opción (pero eso requiere más trabajo).

Por supuesto, hay espacio para mucho más que solo matemáticas puras, pero solo se puede acceder a ese espacio de una manera mentalmente saludable después de conocer las matemáticas. Sin conocimiento de las matemáticas, las palabras sobre mecánica cuántica no tienen sentido y las ideas intuitivas son inevitablemente incorrectas. Cualquiera que sea el significado que le dé a las palabras "onda" y "partícula", no hay forma de combinarlas en una explicación satisfactoria sin al menos un conocimiento elemental de Mecánica Cuántica.

Suponiendo que cree en la teoría cuántica de campos, específicamente en la electrodinámica cuántica , un fotón no es ni una partícula ni una onda, por lo que su página web es correcta a este respecto, aunque dudo en darle demasiado crédito sin ver su razonamiento.

Un fotón es una excitación en el campo cuántico de fotones. Puede interactuar en formas que se asemejan a una partícula y puede interactuar en formas que se asemejan a una onda, pero es incorrecto decir que es una partícula o una onda o una mezcla de las dos. Es una excitación en un campo cuántico.

Los fotones, electrones, quarks,... son siempre partículas [*] y nunca ondas. Como señala correctamente el sitio del CERN, todo en el universo está hecho de partículas . Para ser concretos, el fotón es una partícula de bosón .

La fuente del concepto erróneo de la dualidad onda-partícula se señala en un libro de texto reciente de Ballentine sobre mecánica cuántica:

¿Son las "partículas" realmente "ondas"? En los primeros experimentos, los patrones de difracción se detectaban holísticamente por medio de una placa fotográfica, que no podía detectar partículas individuales. Como resultado, creció la noción de que las propiedades de las partículas y las ondas eran incompatibles entre sí, o complementarios, en el sentido de que se requerirían diferentes aparatos de medición para observarlos. Esa idea, sin embargo, fue solo una desafortunada generalización de una limitación tecnológica. Hoy es posible detectar la llegada de electrones individuales y ver el patrón de difracción. emergen como un patrón estadístico formado por muchos puntos pequeños (Tonomura et al., 1989).

Una discusión más detallada se da en el sitio de Klein .

[*] Partícula aquí significa partícula cuántica, no partícula newtoniana. Las partículas cuánticas no se comportan como pequeñas pelotas de ping-pong, sino que siguen las leyes de la mecánica cuántica.

La afirmación "Dependiendo de qué y cómo medimos, el fotón resulta ser una onda o una partícula". es bastante anticuado, y poco útil, en mi opinión.

Consideremos una onda electromagnética de frecuencia$\nu$. Clásicamente, esta onda puede transportar una cantidad de energía arbitrariamente pequeña, es decir, el campo electromagnético puede tener ondulaciones arbitrariamente pequeñas, con frecuencia$\nu$. Pero esta imagen clásica es incorrecta: la mecánica cuántica nos dice que una onda de frecuencia$\nu$sólo puede tener energías$n h \nu$, dónde$n$es un entero no negativo y$h$es la constante de Planck. Nosotros decimos eso "$n$los fotones están presentes".

Supongamos que hacemos pasar la onda electromagnética a través de una rendija estrecha. Clásicamente, esperamos difracción y mecánica cuántica... ¡exactamente lo mismo! Todo lo que cambió con la mecánica cuántica son los valores posibles de la energía contenida en la onda. Entonces nuestro$n$los fotones 'se comportan como una onda'.

Ahora imagine que tenemos un aparato (quizás una película fotográfica) configurado para detectar la onda electromagnética. Clásicamente, cualquier cantidad de energía podría depositarse en cualquier parte de la película, pero desde el punto de vista de la mecánica cuántica, sabemos que la absorción se produce a través de interacciones con átomos/moléculas individuales/lo que sea. Dado que el campo electromagnético solo puede transportar cantidades discretas de energía y la energía se conserva, debe absorberse en "unidades" de$h\nu$. En este sentido, se ve como partículas individuales que inciden en el aparato, cada una de energía$h\nu$.

Experimento mental de dualidad para explicar la dualidad a través de la causalidad cuántica

Se trata de disparar fotones o electrones individuales a través de una doble rendija y el resultado muestra la coexistencia de la dualidad de las propiedades de las partículas y las formas de onda.

Tome la Ecuación de Schrödinger y cada vez que se use un término, divídalo en funciones de Series Matemáticas de unidades que representen el espacio (longitud) y el tiempo (segundos).

Haga una referencia cruzada de las "Constantes" de Física con estas Series de Matemáticas.

Las Constantes representan Singularidades Relativistas y se propone que se formen a partir de diferencias en sistemas de causalidad cuántica no relativistas. Sistemas relativistas flotando sobre sistemas moderados de causalidad cuántica.

Una Singularidad No Relativista es una constante, pero no está referenciada directamente a nada observable, solo indirectamente a través de las conexiones con las Singularidades de la Relatividad (constantes de física relativista).

La causalidad cuántica existe en 3 formas fundamentales:

Un nulo cuántico o QC0 Un artefacto causal que no evoluciona; Causalidad simple o QC1 Un artefacto causal en evolución, Causalidad en evolución o QC-1

Las singularidades cuánticas no relativistas están hechas de sistemas conectados estáticos de QC-1, QC0 y QC1. Las Singularidades no cambian pero su efecto es moderar las formaciones causales.

El tiempo está más estrechamente relacionado con los sistemas en evolución de eventos de pasos cuánticos. El espacio está más estrechamente relacionado con los sistemas no evolutivos de eventos de pasos cuánticos.

El Espacio/Tiempo son entonces sistemas relativos de causalidad cuántica no evolutiva que varían moderados por Singularidades en relación con sistemas relativos de sistemas de causalidad cuántica evolutiva.

Esto proporciona una herramienta para el tratamiento separable del espacio/tiempo.

Por lo tanto, esto proporciona una conexión matemática básica desde la causalidad cuántica hasta la mecánica cuántica. Mientras que la Ecuación de Schrödinger proporciona conexión con la física de partículas.

A partir de esto, los sistemas de causalidad intuitivamente no observables conectan electrones individuales en consideraciones espaciales matemáticas tanto relativistas como no relativistas. Las conexiones no relativistas modeladas por la Ecuación de Shrodinger moderan ciertas distribuciones causales de eventos de pasos cuánticos (ondas estacionarias como sistemas de causalidad cíclica, por ejemplo).

Mientras que las conexiones relativistas comunes de los sistemas de causalidad en evolución, los mismos sistemas de causalidad relacionados con nuestros ojos, son referencias visuales como partículas.

Una prueba intuitiva: Trate de pensar en CUALQUIER COSA que pueda observar que fundamentalmente NO está en un estado de evolución.