¿Qué son las ondas de materia en la mecánica cuántica?

Las ondas de materia como concepto fueron utilizadas por primera vez por deBroglie para explicar las propiedades en forma de onda de ciertas ondas de partículas, como la difracción de electrones y la interferencia. Son una herramienta bastante útil para visualizar la interpretación probabilística propuesta por Schrodinger en ese momento. La región donde todas las ondas de materia interfieren constructivamente es la región donde la amplitud de probabilidad de la partícula es la mayor. Para una cobertura más rigurosa del tema ver-

¿Cómo se relacionan el principio de incertidumbre y la dualidad onda-partícula?

¿Pueden llevar información? Ese es un tema de debate. De hecho, temas estrechamente relacionados serían la paradoja EPR, que significa la medición de fenómenos cuánticos y enredos cuánticos. No hemos encontrado una respuesta definitiva incluso después de años de investigación.

¿Pueden viajar más rápido que la luz? NO. La velocidad de fase de una onda de materia puede exceder la velocidad de la luz sin violar la teoría de la relatividad, ya que no transmite energía ni información. La velocidad de fase solo representa la velocidad de los nodos o, en este caso, el flujo de probabilidad.

La velocidad del grupo que representa la velocidad a la que se propaga la energía o la información siempre permanece menor o igual que la velocidad de la luz.

EDITAR: Comenta para más consultas sobre el segundo párrafo.

La idea de la onda de la materia fue presentada por de Broglie en su tesis doctoral, planteó la hipótesis de la existencia de características similares a la onda para la materia, con una longitud de onda inversamente proporcional al momento (partículas no relativistas)
La hipótesis se probó en el experimento de Davisson-Germer. La idea detrás de las ‘ondas de materia’ era que había una mayor probabilidad de observar una partícula en las posiciones en las que una onda con longitud de onda de-broglie interferiría constructivamente. Esto no necesariamente significaba una onda física que viajaba por el espacio.
La idea detrás de las ‘ondas de materia’ fue más clara después de la formulación de la mecánica cuántica. Las leyes de la mecánica cuántica tratan a cada objeto mediante una función de onda (amplitud de “onda de materia”) que evoluciona según la ecuación de onda de Schrodinger. Sin embargo, la teoría cuántica no trata la amplitud de la onda como una cantidad física, es solo el cuadrado de amplitud que proporciona la densidad de probabilidad para encontrar una partícula en una región determinada del espacio.
La idea de la realidad objetiva si la función de onda o la “onda de la materia” es un tema muy debatido, especialmente para los filósofos de la física y entra en el ámbito de las Interpretaciones de la mecánica cuántica. Algunas interpretaciones, como la interpretación de Copenhague convencional, no tratan la función de onda como una cantidad física, mientras que muchas interpretaciones mundiales consideran la función de onda como una realidad objetiva que representa diferentes ramas decodificadas (que no interactúan) de la función de onda universal.
En lo que respecta a la cuestión de llevar información, puede enredar un conjunto de partículas y colocarlas en cualquier punto del universo. El acto de observar una partícula cambiará inmediatamente el estado de la otra partícula, sin embargo, esto no dará como resultado ninguna transferencia de información útil ya que el cambio de estado de las partículas debido a la observación será aleatorio.
En cuanto a la cuestión de la evidencia experimental, la cuestión de la fisicalidad de la función de onda no hace ninguna diferencia para la física si no mejora la capacidad de predecir los resultados. La interpretación es solo un conjunto de ideas para hacer que las leyes de la mecánica cuántica parezcan ontológicamente profundas. Puede ser posible que haya una realidad más profunda oculta en la naturaleza que aún no hemos encontrado, pero a partir de las leyes actuales de la física, no importa que la “onda de la materia” sea física.

Shobhit Gupta tiene razón.
Las ondas de materia surgen debido a la hipótesis planteada por de – Broglie que indica la dualidad de la partícula de onda de la materia. El cuadrado de la amplitud de la función que describe estas ondas nos da la densidad de probabilidad, es decir, la probabilidad de encontrar la partícula (materia) descrita por la onda. Entonces, la onda transporta información: sobre la partícula descrita por ella, que en lo que respecta a la física es lo único que importa. Pero el uso de ondas de materia para transmitir datos, hasta el momento no tiene sentido.
Y sí, las ondas de una sola materia viajan más rápido que la luz, sin embargo, esta situación surgió ya que surgieron dificultades al describir las partículas mediante una sola función de onda. Entonces, un “grupo” de funciones de onda se usa para describir una partícula. Ahora es la velocidad de este grupo la que describe la velocidad de la partícula y esta siempre es menor que la velocidad de la luz (lo que está de acuerdo con las leyes de la relatividad). Entonces la velocidad de las ‘ondas individuales’ se vuelve trivial.

Puede realizar experimentos de difracción e interferencia con partículas de materia, y verá que se comportan como ondas, con una longitud de onda igual a la longitud de onda de De Broglie.

Cuando De Broglie estaba realizando su doctorado, sabía que Einstein había argumentado que para la luz E / ν = h , y sabía que la luz era una onda, o al menos tenía propiedades similares a las ondas, pero aquí también se comportaba como una partícula en El efecto fotoeléctrico. Entonces postuló que dado que el lado izquierdo y el lado de la ecuación anterior se pueden reescribir Eτ = h , donde τ es el tiempo periódico, y el lado izquierdo tiene las dimensiones de acción, mientras que el lado derecho afirma efectivamente que dicha acción es discreta , propuso que pλ = h , y esto se aplicaba a las partículas. Observacionalmente, se encontró que esto era correcto.

Más tarde, llegó la ecuación de Schrödinger, en la que el movimiento se describe como una función de onda ψ , y surgió la pregunta: ¿qué significa eso? La interpretación de Copenhague dice que ψ ^ 2 da la probabilidad de encontrar la partícula, y la onda no es física, es decir, la función de onda es simplemente una forma matemática de describir lo que sucede, y no hay una razón física por la cual. De Broglie y Bohm argumentaron que había una ola. Lo llaman la ola piloto. También creo que hay una onda, pero mi interpretación es lo suficientemente diferente. Lo llamo una onda de guía, porque sostengo que para que la onda cause el efecto, la velocidad de fase debe ser igual a la velocidad de la partícula, y si es así, la onda transmite energía. . Desafortunadamente, no puedes detectarlo, lo cual es feo, pero en mi opinión no es mucho más feo de lo que sucede sin ninguna razón física.

Casi toda la historia. Una partícula con momento [math] p [/ math] se describe mediante una función de onda caracterizada por una longitud de onda [math] \ lambda = h / p [/ math]. Como cualquier otra ola, puede interferir consigo misma de manera constructiva o destructiva.

Lo que eso realmente significa es difícil de explicar. La “altura” de la función de onda es una amplitud de probabilidad: debe cuadrarla para obtener la probabilidad de encontrar la partícula en esa posición, aunque cuando la detecta siempre detecta una partícula entera e intacta.

¿Suena raro? ¡Cuéntame sobre eso! Pero tendrás que acostumbrarte si quieres entender cómo se comportan las cosas realmente pequeñas. A la realidad no le importa lo que consideramos “sentido común”.

Las ondas de materia son una parte central de la teoría de la mecánica cuántica, siendo un ejemplo de dualidad de partículas de onda como se explica por la hipótesis de Broglie.

por lo tanto, las ondas de materia también se denominan ondas debroglie

Solo que una partícula no es solo una partícula, sino que tiene otra identidad oculta, la onda. Lo que en realidad no podemos ver, pero su presencia se puede sentir cuando se crean las condiciones adecuadas.
Por ejemplo, al pasar esas partículas a través de una ranura, se puede mostrar la naturaleza de la onda.
Es como dos almas en el mismo cuerpo, suponga que una de ellas es un jugador de cricket y otra es futbolista, esa persona mostrará sus habilidades de cricket cuando se le hace jugar al cricket y sus habilidades de fútbol cuando se le hace jugar al fútbol.

La mecánica cuántica dice que todas las partículas también son ondas. Esto se ha encontrado para algunos átomos. Incluso moléculas, creo.

Una pelota de golf también tendría una longitud de onda, pero demasiado pequeña para ser observable o significativa.