Excitar un campo significa configurar una vibración u onda en el campo. Hay un estado de equilibrio en cada campo de fuerza. Si alguna ‘perturbación’ cambia momentáneamente el estado del campo de fuerza de este estado de equilibrio, hay ‘fuerzas’ restauradoras que lo empujan hacia el estado de equilibrio. Estas fuerzas restauradoras sobre compensan la perturbación, de modo que el campo comienza a oscilar más allá del estado de equilibrio. El movimiento de ida y vuelta se llama vibración. Si la vibración se propaga en el espacio a través del campo, la vibración se llama onda.
Cada vibración se caracteriza por una amplitud y una fase. Puede buscar definiciones formales de estas dos cantidades, pero la esencia de ellas es esta. La amplitud es la desviación máxima del equilibrio del campo oscilante. La fase es la información sobre el punto inicial de inicio de la vibración.
Una suposición implícita en la física clásica es que la amplitud Y la fase se pueden variar continuamente. La amplitud de una onda en física clásica puede ser CUALQUIER número real. Si una onda comienza a perder energía por la fricción, entonces la amplitud disminuirá en pasos infinitesimales.
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Las fuerzas de fricción eliminan la vibración. En otras palabras, las fuerzas de fricción hacen que la amplitud de una onda disminuya lenta y suavemente.
El cuadrado de la amplitud de una onda es proporcional a la energía total en una onda. Entonces, la energía también tiene que disminuir en pasos infinitesimales. Una ola no puede saltar repentinamente de una energía a la otra. Las fuerzas de fricción cambian la energía total lenta y suavemente.
Infinitesimal es un concepto matemático muy antiguo en el que se basa el cálculo. Infinitesimal es un número positivo que es mayor que cero pero menor que cualquier número real.
Las vibraciones tienen amplitudes que cambian continuamente, en pequeños pasos que se pueden aproximar como infinitesimales. Todos en ingeniería mecánica y óptica lo han aceptado con pocas preguntas durante cientos de años. Si puede imaginar una onda lenta y suavemente disminuir en amplitud con el tiempo, entonces está imaginando una onda clásica.
Todas las leyes físicas se han escrito en términos de infinitesimales, al menos hasta que Max Planck hizo su trabajo a fines del siglo XIX.
El concepto de infinitesimal parecía anti-intuitivo para los jesuitas cuando Galileo lo presentó. Sin embargo, Newton lo utilizó ampliamente cuando desarrolló la física clásica. Se ha dado por sentado desde que Newton lo presentó en Principia. Si bien pocos científicos y matemáticos tienen problemas para aceptarlo ahora, puede ser útil darse cuenta de que el concepto de infinitesimal se consideró anti-intuitivo hace mucho tiempo.
Hasta ahora, todo lo que dije es ‘física clásica’. Newton no tendría problemas con lo que acabo de decir. Todo lo que acabo de decir satisfaría la intuición física de cualquier científico.
La mecánica cuántica comienza con el supuesto de que la amplitud de una vibración NO PUEDE cambiar en pasos infinitesimales. Solo las amplitudes específicas de una vibración u onda son estables. Las amplitudes siempre cambian en pasos finitos. Los pasos pueden ser pequeños, pero nunca son infinitesimales.
Max Planck desarrolló esa hipótesis desde el principio con respecto a un problema en termodinámica y óptica. Si bien no desarrolló una teoría completa, su hipótesis contradecía rotundamente las suposiciones hechas por Galileo, Newton y una miríada de físicos clásicos que vinieron antes.
Entonces De Broglie hizo la conexión entre la amplitud y las partículas. Señaló que si una ola cambia su energía en pasos discretos, entonces está actuando como una corriente de partículas en movimiento. Si se presentan las ‘relaciones de Broglie’ para describir cómo el movimiento de las ondas se ve obligado a moverse en pasos finitos.
Entonces, la excitación es cuando un campo de fuerza se desplaza de su estado de equilibrio. La onda describe la oscilación que ocurre cuando se permite que el campo de fuerza retroceda hacia (no a) su estado de equilibrio. Las “partículas” son realmente los cambios de amplitud que las condiciones de de Broglie fuerzan a la ola.
Aprecio la ironía. La mecánica cuántica es, en un sentido distante, una validación de la posición de los jesuitas cuando persiguieron a Galileo. Infinitesimals realmente es una abstracción matemática. Los infinitesimales eran anti-intuitivos por una buena razón. Los cuantos son la realidad física.
Ahora, algunos de mis colegas físicos dirán que lo he presentado mal. ¡Sin embargo, este es mi modelo heurístico y me apego a él!
