¿Qué es una 'onda'?

La imaginación no tiene nada que ver con eso. O todo lo que tenga que ver con eso.

La dura realidad es que los electrones no son ni partículas ni ondas. La luz no es ni partículas ni ondas. Tanto los electrones como la luz son simplemente lo que son, y podemos modelar bien esas cosas usando ecuaciones de la física cuántica. Sin embargo, nada es completamente una partícula o completamente una onda en ningún momento.

Dicho esto, encontrará que en la gran mayoría de la física y la química, los electrones o fotones se comportarán tan cerca de cómo se comporta una partícula que podemos ignorar cómodamente el comportamiento ondulatorio. Otras veces, los electrones o los fotones se comportarán tan cerca de cómo se comporta una onda que podemos ignorar cómodamente el comportamiento de las partículas. Sin embargo, esto se presta a la pregunta natural: ¿dónde pasan de onda a partícula? ¿Es un borde duro donde son una onda en una situación e inmediatamente una partícula en otra?

La respuesta es no. Hay un terreno turbio donde ningún enfoque describe muy bien el comportamiento que vemos. Este es el propósito de demostraciones como el experimento de doble rendija de un solo fotón. Demuestra que si asumes que un fotón es una onda o una partícula, el resultado del experimento siempre te desconcierta. Solo cuando abandona ambas suposiciones puede llegar a modelos (como los de QM) que predicen completamente el comportamiento de estos experimentos.

Sin embargo, tenemos que llevar a la gente a ese punto. No podemos enseñar Mecánica Cuántica en la escuela primaria, al menos no de manera significativa. Las personas pasan casi dos décadas interactuando con el mundo que les rodea antes de que comencemos a presentarles la mecánica cuántica en la clase de ciencias, e incluso entonces la mayoría de la gente no tendrá ninguna necesidad de entenderla realmente. Para la gran mayoría de las personas, tratar los fotones y los electrones como una onda o una partícula es una aproximación suficiente para salir adelante. (de hecho, para ser franco, la mayoría de la gente ni siquiera necesita llegar tan lejos. ¡Pocos necesitan entender el mundo subatómico en absoluto!)

Para aquellos de nosotros que profundizamos más, las ecuaciones son la metáfora. A nivel filosófico, es una pregunta indecisa si las matemáticas definen el universo o si inventamos las matemáticas para dar sentido al universo. Y las metáforas tampoco son tan útiles. Si está trabajando en uno de estos entornos exóticos donde necesita QM, no buscará una metáfora para resolver un problema, buscará un modelo que pueda hacer predicciones significativas.

Tienes tres preguntas al acecho en tu publicación:

¿Qué es una onda?

Es solo un término para la dualidad onda-partícula , y ese tema se ha discutido antes en Physics SE . Es un término que no veo de mucho uso.

¿La física no tiene imaginación para describir qué metáfora describe mejor esta dualidad?

La generación de nombres imaginativos generalmente no se enseña en los cursos de física. Si desea un nombre para algo, hable con marketing: se trata de todo lo que hacen. :-)

Y no es una metáfora.

¿Olas piloto fuera de discusión?

Eso espero sinceramente. :-)

Las ondas piloto no son una teoría con mucha tracción, por razones descritas adecuadamente en otra parte de Physics SE .

El resto de tu publicación:

Aprendí en la clase de electrónica que los electrones son pequeñas partículas. En física incluso se dice que el electrón gira alrededor del núcleo exhibiendo así un momento angular. Pero en química eran pequeñas nubes de electrones. Y la física se ocupa de la posición y el momento de forma probabilística. Además, la luz se dobla en un espectro a través de un prisma: una onda. Y según el efecto fotoeléctrico, un fotón (una partícula) elimina del átomo un fotoelectrón. Entonces, veo que los quarks se denominan 'partículas'. He oído que estos se describen mejor como campos con pequeños nudos o arrugas que definen los fenómenos.

... simplemente enumera diferentes modelos utilizados para hacer que trabajar en diferentes problemas sea más práctico o para alcanzar la precisión requerida. Que es lo que haces en física.

Dicho de otra manera, todavía usamos, por ejemplo, la Ley de los Gases Ideales, no porque sea precisa, sino porque en muchas situaciones es "suficientemente buena".

La dualidad onda-partícula es un asunto fundamental que une ciencia y filosofía y que demuestra los límites del conocimiento humano. Si cree que es una declaración demasiado fuerte, lea Lectures in Physics de Richard Feynman, como el extracto a continuación. Puede tratar de salir de esta conclusión diciendo que solo nos enseña sobre los límites de nuestro idioma. Si es así, ¿por qué no tenemos los conocimientos suficientes para mejorar satisfactoriamente ese lenguaje?

Usar un término como "onda" es una gran idea porque ayuda a descartar la idea de que podemos relacionar los electrones, la luz (o lo que sea que estemos hablando) con nociones con las que nos sentimos cómodos, como ondas puras o partículas. Los científicos deberían admitir con entusiasmo estos límites a nuestras habilidades, y los grandes lo han hecho en términos crudos como: "nos hemos rendido" o "Dios no juega a los dados".

En mi primer año de enseñanza universitaria, vi a un estudiante de química de primer año preguntarle a un reciente doctorado de Harvard. ¿Cómo el electrón en un lóbulo de un orbital p podría llegar al otro lóbulo si hubiera cero densidad de electrones en el nodo? El brillante profesor estaba perplejo y me sentí mal por él. Pero usé esa historia durante años para animar a mis alumnos que también estaban perplejos y ayudarlos a darse cuenta: "Estás pensando mal: ¡no son partículas! ¡Y no son ondas! ¡Son ondas! "

Richard Feynman : "Se pensaba que el electrón, por ejemplo, se comportaba como una partícula, y luego se descubrió que en muchos aspectos se comportaba como una onda. Así que en realidad no se comporta como ninguna de las dos cosas. Ahora nos hemos dado por vencidos. Decimos: " Es como tampoco... Esto significaría, si fuera cierto, que la física ha renunciado al problema de tratar de predecir exactamente lo que sucederá en una determinada circunstancia. ¡Sí! La física ha renunciado. No sabemos cómo predecir lo que sucedería en una determinada circunstancia, y ahora creemos que es imposible"