En las difracciones electrónicas, ¿por qué los electrones se comportan como ondas en la doble rendija y como partículas en cualquier otro momento (por ejemplo, en caso de colisión con una pantalla)?

El experimento de doble rendija es un “experimento mental” que resume los resultados de varios experimentos diferentes. Por lo tanto, es un resumen de las observaciones de cómo la naturaleza realmente hace las cosas.

Debido a esto, y debido a que la ciencia deliberadamente evita preguntas de “por qué” que se centran en una causa eficiente, no hay respuesta a su pregunta. La mecánica cuántica da por sentado que esta es la forma en que la naturaleza se comporta y va desde allí.

Es por eso que Feynman dice (Comportamiento cuántico):

A uno todavía le gustaría preguntar: “¿Cómo funciona? ¿Cuál es la maquinaria detrás de la ley? ”Nadie ha encontrado ninguna maquinaria detrás de la ley. Nadie puede “explicar” más de lo que acabamos de “explicar”. Nadie le dará una representación más profunda de la situación. No tenemos ideas sobre un mecanismo más básico a partir del cual se puedan deducir estos resultados.

Esta es la esencia del infame “problema de medición cuántica” que durante aproximadamente un siglo mantiene a las mentes más brillantes del mundo discutiendo y discutiendo sin llegar a un consenso, por lo que me temo que la pregunta no tiene respuesta y cualquiera que obtenga una y logre el consenso Sin duda ganar un premio Nobel.

La teoría cuántica describe un mundo de ondas. Punto final. En ninguna parte de la teoría cuántica hay mención de partículas. Y, sin embargo, experimentamos un mundo de partículas, como usted dice, por ejemplo, en una pantalla de detección, para la cual no tenemos ninguna teoría.

Así que solo hay 3 salidas. O el mundo real está formado por ondas y nuestra experiencia es defectuosa, o nuestra experiencia de partículas es real y la teoría cuántica es incorrecta o incompleta (lo que parece ser difícil porque la teoría cuántica está pasando pruebas cada vez más sofisticadas y las sigue pasando con vuelan colores, y cualquier extensión del mismo para permitir un mundo de partículas sigue siendo esquivo), o el mundo fundamental de las ondas descrito por la teoría de alguna manera se convierte en el mundo de partículas que experimentamos, y viceversa (después de cualquier interacción decoherente se convierte en ondas nuevamente) .

Este último es el mainstream predominante, que propone que el mundo fundamental tiene forma de onda, pero hay un proceso llamado decoherencia por el cual se “desintegra” en el mundo de partículas que experimentamos. El problema es que no se ha encontrado ninguna ley de la física para tal decoherencia, se propone que el mundo de las ondas se descodifique en un mundo de partículas “siempre que las entidades onduladas interactúen suficientemente con las entidades onduladas en su entorno”, pero como pueden imaginar Esta es una declaración muy vaga para lo que estamos acostumbrados en la ciencia, nada del tipo de ninguna otra ley de física conocida que pueda expresarse matemáticamente y sin ambigüedades.

Otra línea de razonamiento sugiere que nuestro universo tiene un mecanismo incorporado por el cual cualquier ser humano que lo esté habitando no podrá desentrañar su funcionamiento más profundo, la mecánica cuántica es ese mecanismo y no tenemos esperanza de encontrar la verdadera interpretación, y otro más es para sugerir que es un desafío para el que aún no estamos preparados, y que tomará algún otro cambio de paradigma para profundizar en lo que significa la mecánica cuántica sobre la naturaleza de este universo.

Tu premisa es incorrecta. Los electrones siempre se comportan como electrones, ni partículas ni ondas. Debido a que nada en nuestra escala macroscópica actúa como un electrón, no tenemos un buen marco de referencia para describir su comportamiento. Por lo tanto, usamos las palabras “onda” y “partícula” como analogías . Es decir, son aproximaciones de la forma en que un electrón puede comportarse bajo diferentes condiciones experimentales. Dependiendo de esas condiciones experimentales, podemos educar el comportamiento de “onda” o “partícula” en un electrón. Como regla general, cuando configuramos el experimento de tal manera que la posición del electrón es (o puede ser) bien conocida, entonces su comportamiento es más parecido a una partícula. Si, en cambio, configuramos el experimento de tal manera que la posición no sea bien conocida, entonces su comportamiento es más parecido a una onda.

Si conoce la propiedad de dualidad de cualquier objeto o partícula en movimiento, entonces la respuesta es clara. Según esta dualidad, cualquier partícula en movimiento está asociada con una onda, su longitud de onda l = h / p, donde h es constante de Planck y p su momento. Por lo tanto, los electrones en el caso de una colisión se comportan como partículas, mientras que en el caso de difracción o interferencia se comportan como ondas. Esta propiedad de dualidad de cualquier objeto en movimiento fue postulada por De Broglei en 1924, ganó el premio Nobel para ello.