Cuando hablamos de la función de onda del electrón y de la incertidumbre del electrón, ¿cuál es su relación con la dualidad de partículas?

Dualidad onda-partícula : significa que las partículas pueden comportarse como partículas clásicas o como ondas dependiendo del experimento.
Por ejemplo, disparar muchos electrones a través de un par de ranuras de difracción dará un patrón de difracción. Disparando un electrón a la vez, observaremos un punto cuando aparezca. Pero si dejamos que suficientes electrones lleguen a los detectores, después de muchos puntos recuperamos el patrón de difracción nuevamente. Por lo tanto, cada electrón se comporta como partícula y como onda.

Ahora, cómo se forma el patrón de difracción depende de la función de onda .

El WF nos informa sobre la PROBABILIDAD de dónde un electrón golpeará la pantalla del detector, por ejemplo.

El WF básicamente puede darnos TODA la información que necesitamos sobre el electrón, aunque, al igual que la posición, algunas cantidades solo pueden expresarse como probabilidades.

El principio de incertidumbre simplemente establece que cuando se miden dos cantidades diferentes, como la posición y el momento, no se pueden medir con precisión arbitraria, es decir, hay un límite. Si conoce uno con mucha precisión, el error en la medición de la otra cantidad aumenta.

Esto no se aplica a todos los pares de cantidades, sino solo a algunos pares, como la posición y el momento o la energía y el tiempo (de vida) de un estado cuántico. Estos tienen los llamados operadores que no viajan diariamente.

     

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¡Como que respondiste tu propia pregunta! Schrodinger, por supuesto, nos dio la fórmula para la “función de onda “. ¿Ves? Justo allí, en el nombre de la fórmula , nos dice que estamos lidiando con una ola . Una ola no está en ningún lugar, sino que se extiende. La función de onda, como la determina la fórmula de Schrodinger, nos da la probabilidad de encontrar una partícula aquí o allá, por lo tanto, estadísticamente hablando, la partícula está actuando como una onda porque está “manchada”. ¡Puede extenderse por todo el universo!

Por otro lado, sabemos por el experimento más misterioso en física de partículas, el “experimento de doble rendija”, que las partículas también pueden actuar como, bueno, partículas, con coordenadas definidas en el espacio. Podemos hacer que la función de onda se “colapse” si medimos a través de qué hendidura viaja una partícula. Pero si no se observa la partícula, pasará por ambas ranuras, como una ola, ¡e interferirá consigo misma!

Nadie entiende esto. Según el gran físico Richard Feynman, si alguien dice que entienden la física cuántica, no entienden la física cuántica. ¿Cómo un electrón disparado desde una pistola electrónica, uno a la vez, en la barrera, “sabe” que se está observando (midiendo)? ¿Y por qué, si alguien “mira” a través de qué hendidura atraviesa el electrón, la función de onda del electrón colapsa, de todos modos? Es tan extraño que si puedes descubrir el experimento de la doble rendija, puedes descubrir qué está sucediendo físicamente en la física cuántica. Nadie puede.

El principio de incertidumbre, un regalo de Heisenberg, que fue un brillante físico matemático, nos dice más reglas cuánticas extrañas. Hay ciertas variables, a menudo llamadas “variables conjugadas”, como la posición y el momento, que no se pueden conocer con precisión. Esta no es una función de nuestros intentos de medición crudos, es cómo son las partículas cuánticas, cómo actúan. El principio de incertidumbre supone que una partícula tiene propiedades de una partícula, como una pequeña bola de billar. Y los cuantos actúan como partículas cuando se miden. Pero ciertos pares de variables en principio no se pueden conocer.

Quizás desesperado, Bohr intentó explicar este comportamiento extraño como una dualidad onda-partícula, que se aplica a todos los cuantos, que tiene la propiedad de complementariedad. Como yin y yang, más o menos. Esta suposición metafísica y filosófica llevó la filosofía a la física matemática.

David Bohm postuló la idea de que hay una partícula real que cabalga junto con una “onda piloto”. Los quanta actúan como ondas o partículas dependiendo de lo que “les pedimos”. Más simplemente, cómo realizamos un experimento para aprender sobre ellos.

¡Imagínate! Tu suposición es tan buena como la de Einstein (casi! Jajaja …) …

Los electrones se comportan como una onda y una partícula. Sabemos que tiene un comportamiento similar a las partículas porque tiene masa. Del mismo modo, también sabemos que tiene un comportamiento similar a las ondas porque podemos ver patrones de difracción cuando realizamos el experimento de doble rendija de Young usando electrones.

También sabemos que los electrones no pueden ser solo partículas porque si lo fueran, irían en espiral hacia el núcleo que orbitan debido a la atracción electromagnética e irradiarían su energía casi instantáneamente.

Cada chiflado bajo el sol tiene una opinión personal tan increíble que Quora se está convirtiendo en un sitio de noticias falsas. El manual de la física posmoderna está en el acto ahora. La situación está empeorando tanto que mi gato deconstruido está pidiendo prestado mi computadora portátil para verificar los rumores de que su tío abuelo Thomas todavía está vivo en alguna dimensión cuántica. Ella ha lanzado la academia en línea de criptología hiperfísica para intercambiar mensajes de forma segura a Thomas, que está colaborando con otros cuarenta y dos gatos zombis no muertos para que la mente fusione suficiente energía para lograr la fusión fría en un plato de leche. Entonces, aquí está mi contribución a este almacén de cerámica rota:

La función de onda del electrón, como todas las funciones de onda, es una función que no describe nada en absoluto. Describe todo y, por lo tanto, nada. No estoy siendo gracioso, lo que quiero decir es esto … Todo lo que significa es que si hay propiedades, en cualquier lugar, se sincronizan en cierto sentido. Ellos saludan Oscilan en el espacio y el tiempo. Lo hacen en una especie de unísono. Coorinado Al igual que ese tipo grande en el frente si la galera esclava golpea el tambor para mantener a todos nuestros hombres juntos. Excepto que no hay un tambor. En lenguaje matemático, todos se derivan de “operadores” en esa función. Lo cual, dicho y hecho, es otra función, por lo que genera una familia de funciones. En eso se convertirá un electrón, después de haber completado esta síntesis, en una especie de unidad familiar. Una unidad familiar extendida en espacio y tiempo .

Entonces es así. Imagina una ola. Piense en ello como un valor cambiante en un punto. ¿Lo tengo? Más lejos está lo mismo, en alguna longitud de onda, por lo que este punto que tenemos aquí es tan bueno como cualquier otro. Tenemos esta visión omnisciente, ese es el poder de la imaginación.

La tasa de cambio de ese A es otro valor diferente, en algo que podemos llamar B. Así que ahora tenemos dos ondas que comparten ese punto. Pero si reestructura esa onda A como B, su propia tasa de cambio, y usted obtiene, lo adivinó, ¡una ola!

Bueno, deberías haberlo sabido. Sí, señor, si alguna vez hizo alguna matemática realmente simple, entonces aprendería que si diferencia una ola, recuperará una ola. (Y si vuelves a hacer eso, casi recuperas lo que empezaste). Eso es lo que entendemos por operadores. Podemos tener dos variables A y B relacionadas como esta, como ilustración. Ni siquiera estamos diciendo que A o B es propiedad de nada en esta etapa. Esta teoría no es analítica, es sintética . Estamos construyendo la imagen de la realidad, ¡sin suponer nada!

Cuando la amplitud de la onda para A se maximiza, entonces estamos en un pico. La tasa de cambio será cero. Pero cuando el valor de A cruza el cero y se vuelve negativo, su tasa de cambio se maximiza. Entonces, nuestras dos ondas, A y B, están relacionadas de esta manera see_saw. Y aún no estamos cerca de reunir una idea de una partícula. Pero ya tenemos el germen de la idea de “conjugación” entre algunas propiedades abstractas A y B. Y no una partícula a la vista. Todavía.

El sabor matemático de esta teoría sintética es muy importante. Ya he simplificado demasiado los conceptos básicos, solo para aclarar esto. Pero necesita comprender estas intuiciones simples para comenzar a comprender la teoría. Tienes que comprobar tus nociones preconcebidas en la puerta.

Puedo continuar con el siguiente paso, pero primero quería mostrarle cómo la complementariedad en algo así como dos propiedades conjugadas no es una tontería filosófica paranoica basada en una oscura filosofía de dualidad, solo física simple y matemáticas de nivel escolar.

Extiende tus dedos. Haz que hagan la ola mexicana. Extienda su otra mano, con los dedos hacia la cara. Haz que tu otra mano haga la ola mexicana pero fuera de fase en un cuarto, por ejemplo. Estás empezando a tener la idea. Como un barco de galera tan largo que los remeros sude al lado están haciendo una ola mexicana diferente al mismo tambor si alguien tuviera un tambor.

Y estas funciones de onda son continuas e integrables, si conoce algún cálculo, debe saber a qué me refiero.

Como estamos sintetizando, no analizando, también hablamos de la función de onda PARA un electrón, no de un electrón.

Recuerde que no estamos presuponiendo el electrón, estamos construyendo “particalidad”. Y ni siquiera vamos a construirlo a partir de ondas, vamos a dar un paso hacia un lado para extraer la partícula de este sombrero muy similar a las partículas.

Vuelve y mira el experimento fotoeléctrico de Einstein. Su haz de luz se dispersó fuera de su bloque de metal sin energía transferida a los electrones en el metal. Pero cuando se alcanzó el umbral de voltaje, los fotones comenzaron a alejarse del haz de luz. Y luego la corriente producida aumentó solo con la intensidad de la luz. La intensidad se valora paso. Estos pasos son los fotones. Pasos en una ola, no pelotas en una carrera.

La tentación es imaginar que los electrones son bolas en una caja. Pero esto es demasiado pronto. La función de onda es una referencia compartida para propiedades reales y continuas. Después de todo, solo estamos hablando de un tipo particular de comportamiento para algunas proezas abstractas que flotan de alguna manera. Un paquete de propiedades. Incluyendo masa fija intrínseca, carga, giro y más extrínsecos para flujos en estos, como posición, energía, momento, corriente, etc. Dado que estamos tratando con puntos para la ondulación, no estamos tratando ni siquiera con propiedades, sino con sus densidades. En este punto. El electrón aún no es puntual. Es la totalidad de esas propiedades. Un cuanto de intensidad en la onda que los une.

La función de onda de un electrón describe las probabilidades de que un electrón tenga ciertas propiedades. Cuando observamos una propiedad del electrón, la función de onda colapsa y el electrón es una partícula. Qué propiedades sabemos acerca de esa partícula están restringidas por el principio de incertidumbre; lo que podemos saber sobre los electrones a partir de las mediciones está aparentemente restringido por la naturaleza.

Si acepta el electrón como una onda, no hay incertidumbre. La onda se define con precisión y su comportamiento futuro es predecible al igual que un objeto clásico. Cuando presumes que el electrón también es una partícula, haces la clásica pregunta de cuál es su posición y momento. Aquí la mecánica cuántica le dice que debe aplicar una posición y operadores de momento en la onda para calcular el resultado de su medición, pero en cualquier orden que aplique estos operadores, uno afectará al otro, por lo tanto, por su insistencia en que un electrón es una partícula, debe aceptar La incertidumbre causada por estas medidas sucesivas.

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