¿Está mal decir que un electrón puede ser una onda?

¿Qué es una ola? Del sonido y las ondas de agua llegamos a una asociación con el comportamiento variacional del seno y el coseno. Las ecuaciones de onda son ecuaciones diferenciales cuyas soluciones elementales son sinusoidales.

En las ondas de agua y en las ondas sonoras e incluso en las ondas electromagnéticas lo que se "ondula", es decir, tiene una variación sinusoidal con el tiempo y el espacio, es la energía de la onda, representada por su amplitud.

Cuando las dimensiones se vuelven muy pequeñas, compatibles con h, la constante de Planck, los electrones de "partículas" individuales , etc., pueden describirse a veces como bolas de billar clásicas y, al mismo tiempo, exhiben una aleatoriedad que, cuando se acumula, muestra interferencias y otras características de onda. .

Este experimento de doble rendija de un solo electrón a la vez muestra ambos efectos. Los electrones individuales dejan un punto en la pantalla que parece aleatorio. La acumulación da una distribución de probabilidad que tiene variaciones sinusoidales.

Solo se puede dar una probabilidad de que el electrón aparezca en (x, y) de la pantalla, que depende de la solución mecánica cuántica del problema del valor límite "dispersión de electrones por dos rendijas".

Por lo tanto, no es un comportamiento de partícula clásico porque aunque la energía es transportada por un solo electrón, su (x, y) está controlada por una distribución de probabilidad; y no es la onda clásica, es decir, un solo electrón que está "agitando" su masa por todo el patrón de interferencia de la pantalla. Cada electrón es una entidad mecánica cuántica.

Los electrones no son partículas ni ondas, son electrones. Decimos que se comportan como partículas u ondas porque estamos familiarizados con los objetos macroscópicos que tienen estas propiedades y queremos proporcionar una especie de "sensación" de lo que son en términos que podamos entender fácilmente. Somos nosotros los que seleccionamos el experimento que muestra aspectos de su comportamiento. No cambian de partícula a onda y viceversa. Nuestros experimentos cambian.

Sí. ¡No! ¡Ambas cosas! ¿Ninguno de los dos?

El electrón es una excitación del campo cuántico QED , que no es del todo compatible con la noción clásica de campos o partículas. Todo lo que puedes hacer es dibujar analogías con cualquiera de estos. Ambas analogías a veces son simplemente incorrectas, ya que sugieren un comportamiento diferente de lo que realmente hacen los electrones en los experimentos. Sin embargo, también predicen algún comportamiento que concuerda con el experimento. Y al final de eso se trata la física: encontrar modelos/analogías que te permitan predecir el resultado de algunos experimentos.

Todos estos modelos están equivocados en cierto sentido , pero eso no significa que nunca debas usarlos: solo ten en cuenta que hay límites más allá de los cuales obtienes tonterías. Claramente, es útil pensar en el electrón como una partícula cuando se diseña un tubo de rayos catódicos. No es realmente útil pensar en ella como una partícula cuando intentas comprender los espectros de los átomos ^† ... OTOH, ¡una descripción de onda funciona muy bien aquí!

Sin embargo, es un punto de vista sensato decir que el electrón nunca será una onda, solo su probabilidad. O quizás mejor: ^{(un tipo particular de -)} la carga es una onda , pero está cuantificada en algo parecido a una partícula llamado electrones.

Me gusta más el enfoque de Dirk Bruere: un electrón es un electrón, y punto.

^† _{Incluso aquí hay un modelo incorrecto pero útil .}

En el mundo micro, las partículas como los electrones tienen una naturaleza dual. En algunos experimentos se comportan como ondas, como la difracción de electrones por una sola rendija, pero en otros experimentos, como la dispersión Compton o la fotoelectricidad, se comportan como partículas. En la representación ondulatoria de los electrones mediante una función de onda de la mecánica cuántica, se puede explicar la difracción y la interferencia de los electrones.

Las reglas de cómo se mueven los electrones son análogas a las ondas porque un estado interno es cíclico y los diferentes caminos posibles se suman mostrando un patrón de interferencia.

Eso no es lo mismo que decir que los propios electrones son ondas. Las fórmulas de las ondas se utilizan para explicar dónde encontrar un electrón.

El experimento de doble división mostró que e- puede mostrar propiedades similares a las de una onda. Cuando se dispararon electrones desde un arma a una barrera con dos rendijas, los electrones exhibieron un patrón similar a una onda en el sensor EM detrás de la barrera, mostrando tres bandas distintas. Mostrando que se produjo la refracción y, por lo tanto, los electrones se comportaron como ondas.

El electrón puede ser lo que queramos que sea, creamos los modelos matemáticos en los que el electrón forma parte, por lo que podemos dictar las reglas bajo las cuales se comportan los electrones;

La mecánica cuántica es solo un modelo matemático, que incluye objetos matemáticos como "el electrón" que usamos para hacer predicciones sobre el mundo físico. Al igual que usamos números y campos, los objetos abstractos como "electrones" son de naturaleza puramente matemática, y no necesariamente examinamos si "existen" o no, porque la "existencia" es un tema puramente filosófico que está fuera del alcance de la práctica de la física.

De esta manera, somos libres de soñar con objetos que pueden exhibir todo tipo de propiedades "raras", como las que tienen las partículas en la Mecánica Cuántica, que no necesariamente "existen" en un sentido filosófico, pero mientras nuestro los modelos funcionan, podemos seguir agregando más y más capas de abstracciones, porque es nuestro modelo, ¡y podemos convertirlo en lo que queramos que sea! Siempre que pueda hacer predicciones precisas sobre el mundo real;

Cuando decimos que la Gravedad es una fuerza, no necesariamente queremos decir que hay algún tipo de "cuerda" unida al sistema de la Tierra y el Sol, o cuando decimos que la Gravedad es la curvatura de la estructura del espacio-tiempo, no No significa necesariamente que haya algún tejido físico que se doble para que los objetos puedan caer en él y crear lo que vemos como Gravedad. Todo es de naturaleza metafórica y matemática, solo una forma para que describamos operaciones que producirán predicciones precisas, de una manera matemática consistente y rigurosa.

En ese marco, el electrón, lo hemos hecho, para ser una nube de probabilidad que se extiende POR TODAS PARTES del universo. Existe una pequeña probabilidad de que podamos medir que el electrón está muy lejos (cuando lo medimos y su función de onda colapsa), pero esa probabilidad es extremadamente baja, por lo que nunca sucede...

Entonces, el electrón ES su función de onda, y eso no es extraño en absoluto, porque el electrón es un objeto matemático abstracto, ¡así que puede comportarse como quiera! También por ejemplo, el electrón puede ser una partícula y una onda al mismo tiempo, porque ¿a quién le importa? Es nuestro modelo y podemos hacer que el electrón sea lo que queramos que sea...

¿Tal teoría hará predicciones precisas sobre el Universo? Si no, entonces no lo usamos, si es así, entonces al menos hemos probado que nuestra teoría es al menos útil .

Entonces, lo único que podemos decir sobre la naturaleza de los electrones es que, en el marco de sus modelos, son objetos matemáticos útiles, que constituyen teorías muy útiles, como la Mecánica Cuántica...

Responder "por qué" estas teorías son tan útiles está fuera del alcance de la física.