¿La ecuación de De Broglie solo es válida para partículas elementales?

Bueno, no sé acerca de un ser humano de 70 kg, pero seguro que es válido para cosas que son mucho más grandes que las partículas elementales. Como dijo una vez Anton Zeilinger, “la frontera entre los fenómenos clásicos y cuánticos es solo una cuestión de dinero”, o agregaría, dinero e ingeniería. A medida que mejoramos con los aparatos experimentales, es posible realizar el experimento de doble rendija con objetos cada vez más grandes. Esto nos permite observar directamente su naturaleza ondulatoria y medir su longitud de onda de De Broglie.

No voy a explicar en detalle qué es el experimento de la doble rendija, ya que el enlace anterior al artículo de Wikipedia hace un mejor trabajo del que puedo hacer. Todo lo que necesitamos saber para esta respuesta es que cuando hacemos pasar luz coherente a través de rendijas que son tan estrechas como la longitud de onda, crea patrones de difracción e interferencia:

(Imagen de Wikipedia: experimento de doble rendija – Wikipedia)

Este experimento me dejó boquiabierto cuando lo leí por primera vez, lo volví a hacer cuando lo hice yo mismo. Todavía me impresiona cada vez que lo repito cuando enseño en un laboratorio.

De todos modos: estos patrones se pueden predecir utilizando la naturaleza ondulatoria de la luz, y se consideran un resultado directo de la misma. Se puede repetir el mismo experimento con partículas distintas a las de la luz (fotones) para observar su naturaleza ondulatoria. Los electrones, por ejemplo, dan patrones similares que están de acuerdo con su longitud de onda de De Broglie.

Volviendo a su pregunta, ¿desaparecería el patrón de interferencia si vamos a objetos más grandes? No lo parece así. La naturaleza ondulatoria de las moléculas C60 (Buckminsterfullereno) se observó en 1999 por Arnt y sus colaboradores. Estas moléculas consisten en 60 átomos de carbono, y se parecen a esto (imagen de Wikipedia nuevamente):

Cada esfera aquí es un átomo de carbono, con toda su gloria: 6 protones, neutrones y electrones cada uno. Con estándares de partículas elementales, C60 es enorme. Sin embargo, da lugar a un patrón de difracción en línea con su longitud de onda de De Broglie, al igual que la luz.

En resumen, sabemos que la longitud de onda de De Broglie es aplicable a objetos que son órdenes de magnitud más pesados ​​que las partículas elementales. No parece haber demasiadas razones para creer que la misma idea no es válida para 70 kg de seres humanos. Pero, si no crees en los teóricos, simplemente no podemos saberlo hasta que tengamos suficiente dinero y capacidad experimental para realizar un experimento de difracción / interferencia con humanos.

PD: Una cosa que estoy ignorando en esta respuesta es el posible papel de la gravedad en la llamada reducción del estado cuántico. No estoy seguro de cuál es el consenso en esa área ahora, pero hay personas trabajando en ello.

Depende de lo que quieras decir con “describir” … las ondas de materia no describen ninguna partícula. La teoría de DeBroglies ya no se usa, excepto como analogía. Pero esto no significa que el comportamiento ondulatorio esté restringido a partículas fundamentales.

El objeto más grande que se ha utilizado en los efectos de interferencia es una bola de bucky … una molécula de buckminsterfullerina. Esto está muy lejos de ser una partícula fundamental. Por favor mira:

Difracción Fullerena

Para ver el comportamiento en forma de onda, básicamente necesita un ancho de corte del mismo orden de magnitud que la longitud de onda del objeto que se está probando.

Para algo tan grande como un ser humano, esa longitud de onda es tan pequeña que no hay posibilidad de que alguna vez nos encontremos con una configuración en la que difractemos. Entonces, ¿cómo podría saber si los humanos tienen una longitud de onda asociada o no?

Lo mejor que puede hacer es decir que no es útil referirse a los humanos por su longitud de onda …

La comprensión actual es que las interacciones de todos los átomos en nuestros cuerpos resultan en un promedio de nuestras estadísticas fundamentales, por lo que es poco probable que muestremos un comportamiento masivo en forma de onda.

El comportamiento ondulatorio que lleva a deBroglie a sospechar ondas de materia ahora se entiende en términos de la naturaleza estadística de la materia en el nivel fundamental.

En ese sentido tienes razón …

Y ahí ves de qué se trata la física.

Esta ecuación es válida para cualquier cosa, incluso para un humano de 70 kg caminando. Pero te diste cuenta de que la conclusión era inútil: el fenómeno es demasiado débil para ser notado. Si bien esta ecuación se aplica a una escala macroscópica, el resultado puede ignorarse.

Y esto se aplica a cualquier razonamiento: sí, esa estrella precisa a unos miles de millones de años luz de distancia tiene un efecto gravitacional en ti, pero ningún cálculo lo tendrá en cuenta. Es como si no estuviera allí. Es por eso que seguimos aplicando las leyes de Newton en la tierra mientras se prueban falsas con velocidades demasiado altas.

Entonces, no, la ecuación sigue siendo válida para cualquier objeto, pero demuestra por sí misma su inutilidad a escala macroscópica.

La fórmula de De Broglie es válida para partículas elementales y se expresa como una fase de un número complejo. Cuando las partículas se suman, estos números complejos se multiplican, lo que resulta en la adición de las fases. Dado que también se agregan los momentos de partículas compuestas, la relación de De Broglie sigue siendo cierta para las partículas compuestas, átomos, moléculas y mamuts.

Cuando sumamos partículas, la suma de los momentos generalmente aumenta, por lo que la longitud de onda de De Broglie se reduce. Para cuando llegamos incluso a las moléculas, la longitud de onda es tan pequeña que estamos hablando esencialmente de objetos clásicos; es por eso que nuestros modelos de moléculas de bola y palo funcionan tan bien (por ejemplo, la doble hélice de ADN). Pero a nivel de electrones, la longitud de onda es tan grande que nos vemos obligados a utilizar el análisis de onda.

No, es válido para cualquier objeto en movimiento en general, pero para un objeto de masa en escala macroscópica y velocidad demasiado lenta en relación con la velocidad de la luz, la longitud de onda es demasiado corta no puede ser detectada por la tecnología actual. dentro de 10 ^ -32 cm., mientras que para la escala microscópica, como átomos, moléculas y partículas subatómicas, la longitud de onda está dentro de 10 ^ -13 cm, que se puede medir hoy.

Debroglie no pudo especificar su teoría de la longitud de onda a las partículas más grandes. Tampoco ningún científico puede llegar a ninguna explicación específica. Entonces, deberíamos asumir que no se aplica a partículas más grandes.

Creo que el consenso es que las balas y las pelotas de béisbol también tienen longitudes de onda, pero son tan cortas en comparación con el tamaño físico del objeto (y en algunos casos más cortas que la longitud de Planck) que sus propiedades ondulantes son indetectables.

Mi punto era que un ser humano en realidad no posee una longitud de onda, ¿verdad? Pensé que podríamos pensar en cualquier materia visible como una combinación de la longitud de onda de cada una de sus partículas individuales.