¿Cuál es la diferencia física entre una partícula, una onda y un paquete de ondas?

El problema es que las partículas no son pequeñas esferas y las ondas no son formas abstractas. A nivel atómico y subatómico, las cosas adoptan formas que no son intuitivas para nosotros porque no se parecen a los objetos macroscópicos. El cerebro humano no está equipado para comprender estos objetos, porque operan a una escala que el cerebro nunca encuentra directamente.

En un nivel fundamental, no podemos entenderlos físicamente. No podemos imaginarlos. En cambio, solo desarrollamos modelos conceptuales. Las personas que dicen que realmente entienden la dualidad de onda de partículas tienen en mente un modelo particularmente vívido y útil, pero ese modelo sigue siendo solo una abstracción de la realidad.

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Como saben, la “dualidad onda-partícula” (descrita en el enlace anterior) es muy importante en la mecánica cuántica. El enlace es una introducción bastante clara.

Puede comenzar donde comienza el enlace (“Capítulo 3” sobre el átomo de Bohr) o simplemente desplazarse hacia abajo hasta el “Capítulo 4” sobre ondas, partículas y paquetes de ondas. Espero que la sección 4.5 en particular pueda ayudar. Las matemáticas en el enlace son un poco “pesadas”, pero puedes tener una “idea” de la importancia de las matemáticas sin comprender todos los detalles.

La mecánica cuántica contiene conceptos difíciles y se requiere familiaridad con las matemáticas para comprenderlos adecuadamente. Desafortunadamente, en la mecánica cuántica, a menudo no es posible obtener una imagen física simple de lo que significan las matemáticas. Incluso las cosas escritas sobre esto por expertos pueden ser confusas. Cuanto más leas sobre esto, mejor comprenderás las cosas, ¡pero es posible que te confundas más!

Cuidado: la luz muestra las propiedades de las ondas, descritas por las “ecuaciones de Maxwell”, pero también muestra las propiedades de las partículas como fotones. Las propiedades de onda de las “partículas”, como los electrones, pueden describirse mediante la “función de onda” de la ecuación de onda de Schrodinger. Entonces, ¿cómo describimos el comportamiento de un fotón? De hecho, la “función de onda de un fotón” es un tema difícil y ligeramente controvertido en física.

En la física de la vida real, no hay diferencia. Hemos descubierto que los fotones, los electrones y todas las demás partículas subatómicas que pensamos que eran “partículas”, en realidad también exhibían propiedades de onda. Un examen más detallado reveló que nuestro concepto clásico de una “partícula” tenía defectos y que en realidad no hay ninguno en el universo físico. En cambio, la materia y la energía existen en paquetes de ondas. Unidades cuánticas que tienen tanto el comportamiento de las partículas clásicas como las ondas clásicas.

Parece que estás luchando con esto en un nivel conceptual, en lugar de necesitar las matemáticas completas para describir estas cosas. Entonces, conceptualmente, solo considere que un paquete de ondas es una unidad con energía fija, que tiene todas las propiedades de partículas y ondas al mismo tiempo.

Son tres formas diferentes de describir la misma cosa. Cuando llegas a cosas realmente pequeñas, las partículas comienzan a mostrar aspectos ondulantes, solo debido a la naturaleza básica de las cosas y las matemáticas básicas. Entonces, la luz a menudo parece ondas, es decir, hasta que algo discreto como un electrón tiene que ser empujado, y luego vemos un comportamiento similar a las partículas. Es desconcertante para nosotros, pero las matemáticas tienen mucho sentido y describen cosas inexplicables, como el color de los objetos calientes, el efecto fotoeléctrico y el experimento de 2 rendijas.