¿El electrón en forma de onda tiene masa?

Realmente no me gusta todo el asunto de la dualidad onda-partícula porque oscurece la verdad más sorprendente sobre las partículas: a veces no son ondas y a veces partículas, y tampoco se transforman en ondas a veces antes de reformarse como partículas, son algo completamente diferente.

Es como la historia de los ciegos y el elefante : un grupo de ciegos está tratando de describir un elefante con el tacto, pero cada hombre está tocando una parte diferente del elefante. El hombre que toca el costado del elefante dice que es como una pared áspera, el hombre que toca la pata dice que es como un pilar, el hombre que toca la cola dice que es como una cuerda, y así sucesivamente. Todos los hombres tienen razón, por supuesto, pero simplemente tienen imágenes incompletas del elefante porque no pueden observar su carácter completo.

De manera similar, cuando observamos el comportamiento de cosas como electrones o fotones, a veces pensamos que actúan como partículas y otras veces que actúan como ondas. Pero en realidad, no son ni ondas ni partículas, sino algo nuevo que tiene propiedades de ambas ; es solo el caso que en muchos casos, solo su comportamiento similar a una partícula o similar a una onda resulta ser relevante para su comportamiento, y por eso los tratamos como tales. Entonces, si bien la frase "dualidad onda-partícula" puede hacer parecer que las partículas pueden convertirse en ondas (de ahí su pregunta), lo que realmente existe es un tipo extraño de objeto que siempretiene propiedades tanto de partículas como de ondas, solo una de las cuales puede ser fácilmente observable en algunos casos, y la cuestión de adónde va la masa de un electrón cuando se convierte en onda no es realmente aplicable, ya que no se convierte en onda en absoluto. .

EDITAR: Vale la pena señalar, como señaló Anna, que el carácter ondulatorio de los objetos no es lo mismo que una onda normal, ya que en realidad no hay ninguna sustancia física que esté ondeando en un sentido real. En cambio, la "onda" es una función de probabilidad que asigna una probabilidad a cada punto del espacio, lo que representa la probabilidad de encontrar allí la partícula; da la casualidad de que esta función toma la forma matemática de una onda. Este es un tema profundo, por lo que lo remitiré a la respuesta de Anna para obtener más información.

Las ondas de la mecánica cuántica son ondas de probabilidad. Las soluciones de las ecuaciones mecánicas cuánticas son las funciones de onda y el cuadrado de la función de onda da la probabilidad de encontrar la partícula en$(x,y,z,t)$.

Por eso, las soluciones para los electrones en el campo de un núcleo no son órbitas, sino orbitales , es decir, distribuciones de probabilidad.

La dualidad onda-partícula para partículas con masa dice que se comportan como partículas clásicas cuando se detectan macroscópicamente, como en esta imagen de la cámara de burbujas , o como ondas de probabilidad cuando se miran a distancias pequeñas, en consonancia con$\hbar$. Para los fotones, la naturaleza de la partícula aparece en el efecto fotoeléctrico, y el formalismo de la onda de probabilidad construye la onda electromagnética clásica con la misma frecuencia.

Parece que no has entendido bien la dualidad onda-partícula.

Lo que sucede en el experimento de la doble rendija es que los electrones impactan en la pantalla como si fueran partículas. Pero también interfieren, como las olas. Entonces puedes ver un comportamiento onda-partícula.

Pero no dice que el electrón se destruye, se convierte en una onda y luego en una partícula nuevamente (como parece pensar).

Pero la onda es una forma de energía pura y no muestra propiedades de tener masa a partir de la difracción experimental.

NO, las ondas no son energía pura (por ejemplo, las ondas sonoras tienen masa). ¿Quizás entendiste que se suponía que era una onda electromagnética?

Como nota al margen, creo que la dualidad onda-partícula da una impresión equivocada, ya que no es una onda clásica y se puede explicar usando solo partículas. Mira mi respuesta aquí .

Básicamente, el efecto de onda se debe al comportamiento probabilístico de la mecánica cuántica, por lo que se puede explicar mediante la función de onda . Pero podemos predecir todo usando partículas y no ondas.

Solo hay que considerar que los electrones pasan por ambas rendijas y sumar las contribuciones de cada camino:

El asunto de la dualidad onda-partícula se vuelve importante cuando se trata de una escala microscópica donde la mecánica cuántica se vuelve relevante y tienes que descartar tu noción ordinaria de partícula y onda. Así que no esperes relacionar la noción de "partícula" y/o "onda" que normalmente obtienes al imaginar una canica o una ola de agua del mundo clásico que te rodea.

Point Particle es un concepto de entidad sin estructura y sin dimensiones que solo tiene su existencia pero no una estructura interna, por lo que no puede esperar que un electrón se represente como una bola de mármol. Y onda es un concepto que cualquier cosa que es una función del espacio y el tiempo, ya sea algo físico o puramente matemático. Entonces, cuando hablamos de "dualidad onda-partícula", en realidad queremos decir que en la escala microscópica del mundo, por ejemplo, para elegir, en realidad no es una onda o una partícula al mismo tiempo o ninguna de las dos, más bien queremos decir que se comporta como una partícula en algún experimento y se comporta como onda en algunos otros experimentos dependiendo de las condiciones. Ser una partícula o una onda es fundamentalmente muy diferente a comportarse comopartícula u onda. además, realmente no sabemos qué es realmente un electrón, para obtener más detalles, consulte The Feynman Lectures on Physics .

Así que exigimos una función de onda para describir mejor la naturaleza de un electrón en la mecánica cuántica. Pero cuando trabajamos en la teoría cuántica de campos, describimos las partículas fundamentales como un campo cuántico, ni la función de onda ni el campo cuántico son algo físico que se pueda medir, representar o relacionar con cualquier cosa con su analogía clásica. Estas son la abstracción matemática que ayuda al físico a describir la naturaleza de las partículas fundamentales en escalas subatómicas y sus interacciones. Espero que esto ayude.

El electrón va acompañado de ondas, por lo que todavía existe un electrón que tiene masa. Esto resuelve tu problema, espero.

Mire aquí lo que dice de Broglie en su conferencia Nobel de 1929 (esta es una parte extraída):

Llegué así al siguiente concepto general que guió mis estudios: tanto para la materia como para las radiaciones, en particular la luz, es necesario introducir el concepto de corpúsculo y el de onda al mismo tiempo. En otras palabras, debe suponerse en todos los casos la existencia de corpúsculos acompañados de ondas. Sin embargo, dado que los corpúsculos y las ondas no pueden ser independientes porque, según la expresión de Bohr, constituyen dos fuerzas complementarias de la realidad, debe ser posible establecer un cierto paralelismo entre el movimiento de un corpúsculo y la propagación de la onda asociada.

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Nos contentaremos aquí con considerar el significado general de los resultados obtenidos. Para resumir el significado de la mecánica ondulatoria se puede afirmar que: "A cada corpúsculo debe asociarse una onda y sólo el estudio de la propagación de la onda nos dará información sobre las posiciones sucesivas del corpúsculo en el espacio". En los fenómenos mecánicos convencionales a gran escala, las posiciones anticipadas se encuentran a lo largo de una curva que es la trayectoria en el sentido convencional de la palabra. Pero, ¿qué sucede si la onda no se propaga de acuerdo con las leyes de la geometría óptica, si, por ejemplo, hay interferencias y difracción? Entonces ya no es posible asignar al corpúsculo un movimiento conforme a la dinámica clásica, eso es seguro. ¿Es aún posible suponer que en cada momento el corpúsculo ocupa una posición bien definida en la onda y que la onda en su propagación arrastra al corpúsculo del mismo modo que una onda arrastra un corcho? Estas son preguntas difíciles y discutirlas nos llevaría demasiado lejos e incluso a los confines de la filosofía. Todo lo que diré sobre ellos aquí es que hoy en día la tendencia en general es suponer que no es siempre posible asignar al corpúsculo una posición bien definida en la onda. Debo limitarme a afirmar que cuando se realiza una observación que permite localizar el corpúsculo,

Escuche a Broglie sobre la interferencia:

Si consideramos una nube de corpúsculos asociada a la misma onda, la intensidad de la onda en cada punto es proporcional a la densidad de la nube en ese punto (es decir, al número de corpúsculos por unidad de volumen alrededor de ese punto). Esta hipótesis es necesaria para explicar cómo, en el caso de las interferencias de luz, la energía de la luz se concentra en los puntos donde la intensidad de la onda es máxima: si de hecho se supone que la energía de la luz es transportada por corpúsculos de luz, fotones, entonces el la densidad de fotones en la onda debe ser proporcional a la intensidad.

La llamada Interpretación de Copenhague evita la pregunta de si el electrón es una partícula o una onda. Esta pregunta directamente no está permitida. De hecho, la función de onda es un instrumento de la teoría sin significado físico. Según CI, el objetivo de la teoría es solo hacer predicciones sobre los resultados de un experimento específico. En el caso del experimento de la doble rendija, podemos preguntar: ¿cuál es la probabilidad de que se active un detector dado en la pantalla? La teoría tiene una respuesta precisa a esta pregunta. Pero la pregunta: ¿cómo se comporta un electrón? no se relaciona con una situación experimental específica.

1. masa = energía (en realidad, la masa es una forma de energía), por lo que todo lo que tiene energía (onda) también tiene masa
2. si aprietas toda la ola en un lugar muy pequeño, obtienes un artículo sólido (como tú).
3. si aprietas un sólido (como tú otra vez) en un lugar muy pequeño obtendrás un agujero negro