¿Por qué se consideran los electrones como partículas y ondas?

Esto solo ocurre en la mecánica cuántica, y QM es notorio por no tener sentido. Lo que la mayoría de la gente no sabe es que existe una alternativa a QM llamada Quantum Field Theory que tiene sentido. Escribí mi libro para contarle a la gente sobre esta maravillosa teoría y cómo resuelve tantas paradojas. Aquí está la respuesta dada en el Capítulo 9 (ver quantum-field-theory.net):

“El concepto de dualidad onda-partícula fue introducido por Einstein en el artículo de 1905 que le valió el Premio Nobel. Argumentó que, dado que la radiación EM se emite en unidades discretas por átomos individuales (como había mostrado Planck) y se absorbe en unidades discretas, entonces seguramente cada unidad debe estar localizada en el espacio, como una partícula. ¿De qué otra forma podría estar en condiciones de depositar toda su energía en un solo átomo? Por otro lado, la validez de las ecuaciones de Maxwell para el campo EM era indiscutible y el comportamiento ondulatorio de la radiación EM estaba bien documentado. Así nació la idea de la dualidad onda-partícula .

“Este concepto se extendió a la materia en 1920 por Louis de Broglie, quien demostró que el electrón, considerado durante mucho tiempo como una partícula, también exhibe características de onda (ver Capítulo 6). Si no se podía ignorar el comportamiento similar a las partículas del fotón, entonces el comportamiento similar a las ondas del electrón era aún menos ignorable. Y así, la famosa ecuación de Schrödinger no se interpretó como una ecuación de campo como le hubiera gustado a Schrödinger, sino como una ecuación que da la probabilidad de encontrar una partícula en una ubicación particular.

” Resolución . La paradoja de la dualidad onda-partícula se resuelve de una manera muy simple. En QFT no hay partículas; solo hay campos. La explicación del comportamiento similar a las partículas es el colapso cuántico, como se describe en los Capítulos 3 y 6. Cada campo cuántico tiene su propia identidad y actúa como una unidad. Si un átomo absorbe un cuanto, toda su energía se deposita en ese átomo, sin importar cuán extendido pueda estar ”.

Las entidades físicas como la luz y los electrones poseen características de onda y de partículas. Esto se conoce como dualidad onda / partícula. Sobre la base de la evidencia experimental, Einstein mostró por primera vez (1905) que la luz, que se había considerado una forma de ondas electromagnéticas, también debe considerarse como una partícula o localizarse en paquetes de energía discreta. Casi veinte años después, el físico francés Broglie propuso que los electrones y otros fragmentos discretos de materia, que hasta entonces se habían concebido solo como partículas materiales, también tienen propiedades de onda como la longitud de onda y la frecuencia. Poco después, se estableció experimentalmente la naturaleza ondulatoria de los electrones. En 1928 se anunció una comprensión de la relación complementaria entre los aspectos de onda y los aspectos de partículas del mismo fenómeno.

Este dualismo a la naturaleza de la luz se demuestra mejor por el efecto fotoeléctrico, donde incluso una luz ultravioleta débil produce un flujo de corriente, es decir, libera electrones, pero una luz roja no libera electrones, no importa cuán intensa sea la luz roja.

Las entidades físicas como la luz y los electrones poseen características de onda y de partículas. Esto se conoce como dualidad onda / partícula. Si un haz de luz apunta al extremo negativo de un par de placas cargadas, se mide el flujo de corriente. Una corriente es simplemente un flujo de electrones en un metal, como un cable. Por lo tanto, el haz de luz debe estar liberando electrones de una placa de metal, que son atraídos a la otra placa por fuerzas electrostáticas. Esto da como resultado un flujo de corriente. Normalmente, uno esperaría que el flujo de corriente sea proporcional a la fuerza del haz de luz, es decir, más luz = más electrones liberados = más corriente. Pero se observa que el flujo de corriente es constante con la intensidad de la luz, pero varía fuertemente con un cambio en la longitud de onda de la luz de tal manera que hubo un corte brusco y no hubo flujo de corriente para longitudes de onda largas.

En su artículo científico, Einstein demostró que la luz estaba hecha de paquetes de energía cuántica llamados fotones. Cada fotón transportaba una energía específica relacionada con su longitud de onda, de modo que los fotones de longitud de onda corta (luz azul) transportan más energía que la longitud de onda larga (luz roja). Para liberar un electrón de una placa de metal se requería una energía mínima, es decir, la longitud de onda de la luz tenía que ser lo suficientemente corta. Cada fotón de luz azul libera un electrón. Pero los fotones de luz roja eran demasiado débiles. El resultado es que no importa cuánta luz roja se muestre en la placa de metal, no hubo flujo de corriente.

El efecto fotoeléctrico le valió a Einstein el Premio Nobel e introdujo el término “fotón” en nuestra terminología.

Ref: la materia como una ola
Página en uoregon.edu

Editar: La característica de onda del electrón es probada por el “experimento de doble rendija”. Cuando los electrones pasan a través de una doble rendija y golpean una pantalla detrás de las rendijas, se forma un patrón de interferencia de bandas brillantes y oscuras en la pantalla. Esto demuestra que los electrones actúan como ondas mientras se mueven a través de las ranuras y hacia la pantalla. Hay un excelente video que demuestra esto:

Cuando era un joven estudiante en la Universidad de París, Louis DeBroglie se había visto afectado por la relatividad y el efecto fotoeléctrico, ambos introducidos en su vida. El efecto fotoeléctrico apuntaba a las propiedades de partículas de la luz, que se había considerado un fenómeno de onda. Se preguntó si los electones y otras “partículas” podrían exhibir propiedades de onda. La aplicación de estas dos nuevas ideas a la luz señaló una posibilidad interesante:

Dos ejemplos específicos que respaldan la naturaleza ondulatoria de los electrones como se sugiere en la hipótesis de DeBroglie son los niveles discretos de energía atómica y la difracción de electrones de los planos de cristal en materiales sólidos. En el modelo de Bohr de los niveles de energía atómica, las ondas de electrones se pueden visualizar como “envolviendo” la circunferencia de una órbita de electrones de tal manera que experimente interferencia constructiva.
http: //hyperphysics.phy-astr.gsu … se debe invocar la naturaleza ondulatoria del electrón para explicar el comportamiento de los electrones cuando están confinados a dimensiones del orden del tamaño de un átomo. Esta naturaleza de onda se usa para la “partícula en una caja” de la mecánica cuántica y el resultado de este cálculo se usa para describir la densidad de los estados de energía para los electrones en los sólidos.

Porque exhiben las propiedades de ambos.
Y a diferencia de tiempos anteriores, tratamos de adaptar nuestras teorías a nuestras observaciones.

Los electrones exhiben propiedades de partículas como tener masa, colisiones y transferencia de momento al conducir corriente y aceleración en aceleradores de partículas.

Y deduzco que debes conocer los resultados del experimento de doble rendija de las otras respuestas.

Básicamente, se observaron propiedades típicas de la ave como interferencia y difracción al experimentar con electrones. Incluso usamos estas propiedades del electrón hoy en día para estudiar e investigar.

La propiedad de difracción se utiliza para estudiar las estructuras cristalinas de los sólidos (difracción de electrones). Y la propiedad de interferencia se utiliza en la litografía de interferencia.

Cada partícula tiene una longitud de onda correspondiente.

Las partículas más pequeñas tienen su naturaleza ondulatoria tan dominante como su naturaleza de partículas. Ejemplo: electrones, fotones, quarks, etc.

Los objetos más grandes tienen una longitud de onda correspondiente, pero es insignificante. La naturaleza de partículas es la propiedad visible.

Esta es la razón por la que hemos separado la física clásica (macro) y la física cuántica (micro).

Esto, lo he explicado en términos simples.

Entonces, los electrones, al ser partículas fundamentales, se entienden mejor en la física cuántica, que se enfoca y enseña a la naturaleza de las partículas y las ondas. La física clásica no puede hacer eso. Cada partícula surge de una longitud de onda correspondiente.

Según el principio de incertidumbre, no podemos observar la naturaleza de las ondas y partículas al mismo tiempo.

Bueno, francamente hablando todo es tanto una partícula como una ola. En la vida cotidiana, no observamos que la mayoría de las cosas que nos rodean tienen una función de onda muy pequeña. La longitud de onda de De Broglie se aplica a todas las cosas con masa, por lo tanto, ([matemática] λ = [/ matemática] [matemática] h / (m × v) [/ matemática]) todo lo que nos rodea tiene una (muy muy pequeña) longitud de onda de Broglie asociado a ello.

Todo lo que tiene una masa tiene una naturaleza ondulatoria (por pequeña que sea) asociada. Y como los electrones tienen una masa, tiene una longitud de onda asociada, lo que significa que es una onda y una partícula …

En lo que respecta a las características de onda mostradas, el famoso experimento de doble rendija que mostró que la luz tiene un carácter de onda también se puede utilizar para demostrar que los electrones también tienen un carácter de onda.

Esto se puede decir entendiendo el concepto de longitud de onda de-broglie que establece que la longitud de onda, λ, asociada con la partícula y está relacionada con su momento, p, a través de la constante de Planck, h:

λ = h / p

Cuando los electrones obtienen suficiente energía en forma de luz. Entonces, el electrón se comporta como una onda debido al aumento de la energía cinética, mientras que a medida que la energía se concentra, se comporta como la materia.

Estoy de acuerdo con las otras respuestas de que los electrones en diferentes momentos exhiben características de partículas y ondas. Sin embargo, el modelo real y físico de electrones de MC Physics es que definitivamente son partículas de masa en todo momento, al igual que todo lo que vemos, sentimos y tocamos. Debido a sus componentes de monocarga, exhiben propiedades ondulatorias cuando se emiten desde los átomos (debido a la vibración) y viajan ‘libremente’ hasta que son capturados nuevamente por otro átomo. Esta es una visión diferente a QM, QFT y otras teorías basadas matemáticamente.

Es bastante engañoso pensar que los electrones son partículas u ondas. Una mejor manera de decirlo es que ni los modelos clásicos de “onda” o “partícula” describen completamente el comportamiento de los electrones, sino que, a veces, muestran el comportamiento de uno u otro. Este punto ha sido discutido interminablemente, pero podría simplemente llegar al punto en que nuestras mentes estén en sintonía con una visualización de lo que podría ser una entidad, y no el modelo matemático. Por lo tanto, podríamos decir igualmente que un electrón no es una onda ni una partícula, pero nos resulta útil tratarlo como tal en circunstancias apropiadas.

Lo tienes de atrás hacia adelante. La pregunta correcta es cómo se comportan las ondas como partículas. En primer lugar, vivimos en un mundo cuántico, el comportamiento de las partículas surge de las funciones de onda, no al revés.