Mecánica cuántica: ¿Qué está oscilando en las ondas de la materia?

Answer 1

En la mecánica cuántica no relativista, no se especifica. La interpretación de Max Born (que el cuadrado de la amplitud da la probabilidad de encontrar la partícula) es, por supuesto, bien aceptada. Pero lo que están ondeando las ondas, por así decirlo, no está claro, e incluso algunas de las primeras personas que introdujeron la función de onda se refirieron a ella simplemente como el “campo psi” (del símbolo que se usa para ello, [math] \ psi [/ math]) y se preguntaba explícitamente si tenía alguna realidad física.

Una de las cosas que me gustan de la teoría cuántica de campos es que aborda esto y al hacerlo unifica el tratamiento de la materia y la luz. Lo que quiero decir es que, en QFT, lo que está ondeando es el campo de electrones, de la misma manera que la luz es una onda en el campo electromagnético. Los electrones están en el campo de electrones como los fotones en el campo electromagnético. (En realidad, hay algunas sutilezas técnicas con esta afirmación: vea la Función de onda de fotón invariante de calibre y la difracción si lo desea, pero es básicamente cierto). Posiciona estos campos elementales y luego todo es básicamente excitaciones e interacciones entre ellos.

Si está realmente interesado en algo de esto, recomiendo vivamente los desarrollos conceptuales de las teorías de campo del siglo XX: Tian Yu Cao: 9780521634205: Amazon.com: Libros. Tiene toneladas de citas del material de origen, así como un cuidadoso análisis y discusión del mismo. El trabajo de este chico es realmente impresionante.

Answer 2

Una función de onda tiene tanto magnitud como fase. La magnitud, como saben, es la raíz cuadrada de la densidad de probabilidad, de modo que cuando la magnitud oscila, la densidad de probabilidad oscila.

En cuanto a la fase, no es directamente observable, pero la oscilación de la fase tiene consecuencias observables. Piensa en el experimento de doble rendija para fotones. Para los fotones, sabemos que el campo eléctrico y magnético oscilan y que pueden interferir constructiva y destructivamente. Pero obtienes el mismo resultado si usas electrones en su lugar. ¿Qué está oscilando en los electrones que los hace exhibir interferencias? Su fase. Solo tiene que aceptar que todas las funciones de onda tienen fase y que la fase es un aspecto fundamental de la descripción de las partículas, aunque no puede interpretar directamente esta fase en términos de cantidades familiares, como los campos eléctricos y magnéticos.

(En realidad, la fase de una función de onda tiene una interpretación en el límite clásico: corresponde a la función principal de Hamilton, o la acción en la cáscara. Esto varía con el espacio y el tiempo, al igual que la fase de una función de onda).

Answer 3

En el siglo XIX, mientras se refería a la naturaleza de las ondas electromagnéticas, las personas hacían una pregunta similar: “¿Qué se está ondeando en una onda EM?” Las preguntas de tal naturaleza llevaron al concepto falaz del éter. Hacer preguntas similares sobre las ondas de la materia puede llevar a conceptos y visualizaciones mucho más erróneos.

Si observamos un argumento “plausible” en el que tratamos de encontrar una ecuación diferencial de mecánica cuántica, lo que lleva a la ecuación de Schrödinger, decimos que queremos encontrar (NO derivar) una ecuación diferencial que satisfaga las 4 condiciones (más como supuestos):

1. Debe ser coherente con las relaciones de Broglie-Einstein [math] \ lambda = \ frac {h} {p} [/ math] y [math] E = \ frac {h} {\ nu} [/ math].
2. Debe ser consistente con la siguiente ecuación de energía no relativista que relaciona la energía total [math] E [/ math] de una partícula de masa [math] m [/ math] con su energía cinética y energía potencial
   [math] E = \ frac {p ^ 2} {2m} + V [/ math]
3. Debe ser lineal en [math] \ psi (x, t) [/ math] – la función de onda.
4. La ecuación diferencial deseada debe tener soluciones de onda sinusoidal de desplazamiento similares a la onda, [math] \ psi (x, t) = \ sin2 \ pi (x / \ lambda – \ nu t). [/ Math]

Si tratamos de encontrar una ecuación diferencial que satisfaga todas estas 4 suposiciones, nos encontraremos incapaces de hacerlo. Sin embargo, si cambiamos lo último al supuesto de esta

[math] \ psi (x, t) = \ sin (kx – \ omega t) + i \ cos (kx – \ omega t) [/ math]

donde [math] k = 2 \ pi / \ lambda [/ math] es el número de waven y [math] \ omega [/ math] es la frecuencia angular, nos encontraríamos bastante cómodos para llegar a la siguiente ecuación diferencial

[math] \ frac {- \ hbar ^ 2} {2m} \ frac {\ partial ^ 2 \ psi} {\ partial \ psi ^ 2} + V (x, t) \ psi = i \ hbar \ frac {\ parcial \ omega} {\ parcial t} [/ math]

que es la ecuación de onda de Schrödinger . El punto interesante a tener en cuenta aquí es que asumimos que las funciones de onda son funciones complejas, [math] \ psi (x, t) = \ sin (kx – \ omega t) + i \ cos (kx – \ omega t) [/ matemáticas] . Dado que una función de onda de la mecánica cuántica es una función compleja, debería ser bastante obvio que nunca deberíamos tratar de responder o plantear preguntas tales como: “¿Qué dice en el nombre del dios y qué está haciendo?” . Una cantidad compleja no puede medirse con ningún instrumento físico real.

El hecho de que las funciones de onda sean complejas no debe considerarse como el punto débil de la mecánica cuántica. En realidad, es una característica deseable porque hace evidente que no deberíamos tratar de dar a la función de onda una existencia física en el mismo sentido en que las ondas de agua o EM tienen una existencia física. Pero NO se debe entender que las funciones de onda no tienen interés físico.

Answer 4

Si bien no sé qué quiere decir exactamente con “materia oscilante”, sí sé algo que quizás sea lo que quiere decir: la fuerza electromagnética (CEM), que es “transportada” por la partícula llamada fotón (acuñada por Einstein en 1905) y que es responsable del magnetismo y de la radiación, es decir, de la luz (fotones), se compone de una onda de oscilación de energía, una onda sinusoidal, para ser exactos, que va de cero grados a +/- 180 grados. a cero grados a +/- 180 a cero grados. Piense en una máquina para moler carne donde tenga que girar el mango de forma circular y las posiciones en las que se encuentra en estos grados a medida que lo gira, eso me ayudó, al menos, lo que está haciendo, dado t por tiempo , haciendo una onda sinusoidal. La emf sube en un cuarto de círculo de cero a +180 a cero a -180 a cero para crear una ola completa. Nota sobre las olas: solo transportan energía: una ola oceánica, por ejemplo, no mueve ninguna molécula de agua en ninguna dirección excepto hacia arriba y hacia abajo a medida que la forma se mueve hacia arriba y hacia abajo y hacia adelante de manera aditiva, pero el agua (excepto cuando las condiciones cambian en La orilla) no es perseguida por una ola. La onda es una manifestación de la energía en movimiento. Usted debe preguntarse qué es una ola ondeando? Desde que Einstein nos mostró que la gravedad es solo una manifestación del espacio-tiempo 4-D flexible en el que estamos incrustados, donde la masa y el “tejido” del espacio (las tres direcciones o grados de libertad de movimiento permitidos por el universo) están en pie de igualdad : la masa le dice al espacio cómo curvarse, el espacio le dice a la masa cómo moverse. Feynman, Gell-Mann, Schroedinger, Heisenberg, Bohr (especialmente) y Einstein son importantes pioneros de QM. Lo último relacionado con QM, trascenderlo incluso (ser más profundo, ser el fundamento de “todas” las cosas) es la teoría de cuerdas. La mayoría de los físicos creen que es un fracaso. Las matemáticas son demasiado difíciles, y no son comprobables. Aprenderá la importancia de la comprobabilidad y la falsificación, la observación, la inferencia, la inducción, la deducción y más, o debería, antes de ingresar a las aguas de QMechanical, si es posible. Si no es posible, aprender QM de todos modos. Depende de usted elegir el nivel apropiado para comenzar y la forma de introducción a la teoría. Se audaz

Answer 5

Como dijeron las otras respuestas, lo que está cambiando es la probabilidad de encontrar una partícula en una ubicación particular. Sin embargo, nuestro nivel actual de conocimiento no nos permite decir si esta ola es una ola real en un medio subyacente. Cualquiera que afirme que no hay nada más que descubrir en un nivel más profundo debe revisar la historia de la ciencia, lo que demuestra que tales afirmaciones generalmente resultan ser erróneas.

Sin embargo, es interesante que el primer modelo matemático de una onda de materia desarrollado por Schroedinger puede demostrarse fácilmente que no es físico. Si fuera una onda física como una onda de sonido, esperaríamos que no se modificara incluso si el observador se estuviera moviendo. Sin embargo, tiene un defecto matemático que lo hace cambiar si el observador se mueve, incluso a una velocidad lenta. Entonces tenemos que concluir que no es una cosa física; Es un modelo simple de lo que realmente está sucediendo.

Answer 6

En realidad, la onda de materia es un mito que surgió de la mala interpretación de la luz por parte de nuestros físicos. Argumentaron que cuando las ondas de luz pueden comportarse como partículas de materia, entonces, ¿por qué no las partículas de materia (por ejemplo, los electrones) se comportan como ondas? (Este argumento como tal es altamente lógico, el problema es solo con su comprensión de la luz). Y eso llevó a De Broglie y otros a desarrollar la idea de ondas de materia, y como suele ser el caso, los físicos malinterpretaron los experimentos para adaptarlos a sus creencias y ondas de materia y la dualidad de las partículas de onda se convirtieron en conceptos probados en la física cuántica.

En realidad, a diferencia de lo que predica nuestro físico, las ondas de luz no son diferentes de las ondas de agua. Al igual que las partículas de agua y las ondas de agua son dos entidades diferentes, las partículas de luz y las ondas de luz son diferentes. Explicando el experimento de la doble rendija.

Una ola en su versión más sencilla.
Imagina a un jugador golpeando una pelota de golf que está en reposo en el suelo. A medida que la pelota de golf recibe energía del golfista, entra en movimiento. Ahora, cómo esta energía se transmite desde la pelota a un receptor distante depende del entorno. (vea la figura abajo) Por ejemplo, si no hay “nada” entre la bola y el receptor, la bola viaja hasta el receptor y transmite su energía en el “modo de partículas”. Pero si hay una serie de bolas en el medio, la bola original no viaja hasta el receptor para transmitir su energía. En cambio, la transmisión de energía al receptor se produce a través de una serie de colisiones entre las bolas intermedias, es decir, en el “modo de onda”. Desde la perspectiva del receptor, ambos escenarios son idénticos: recibe el mismo impacto al mismo tiempo.

Y lo mismo se puede decir usando partículas o balas en lugar de bolas. Si no existe nada entre la partícula que está siendo golpeada y el observador, la partícula se mueve completamente hacia el receptor para impartir su energía. Si hay una cola de partículas en el medio, la misma energía se transmite en forma de onda.

Pero la representación anterior representa el movimiento de las olas en su nivel más simple. En este nivel fundamental de movimiento de onda, los fenómenos de onda clásicos, como la interferencia, la difracción, etc., no se manifiestan.

Ahora imagine que hay un mar de partículas similares (no solo una cola) en el mismo entorno (vea la figura a continuación). Obviamente, la energía de la partícula original se propaga (o se dispersa) por todo el medio y, por lo tanto, lo que el observador recibe ahora es solo una fracción de la energía original liberada por la fuente.

En este escenario, podemos apreciar todos los fenómenos del movimiento de onda y también podemos explicar los resultados del experimento de doble rendija, es decir, cómo la energía de una partícula viaja a través de dos rendijas separadas en una pantalla y produce interferencia en el otro lado de la pantalla. Mecánica de la onda de remodelación

“Ondas de sonido”: a diferencia de lo que hemos recitado, el sonido en realidad no constituye una onda, sino que es una sensación que percibimos cuando nuestro oído interno recibe un patrón específico de estímulos de energía a través de las ondas de aire, ondas de agua, “ondas óseas”. Ondas de metal ‘, etc. Las llamadas’ ondas de sonido ‘que viajan en el agua no son más que ondas de agua y quienes viajan en el aire no son más que ondas de aire. Entonces no hay nada llamado onda de sonido en la realidad. Cuando un diapasón vibra en el aire, produce ondas de aire y cuando el mismo vibra en el agua, produce ondas de agua. Ambas ondas transportan / transmiten los mismos patrones de señales de energía y, por lo tanto, dan la misma sensación cuando golpean nuestro mecanismo de sensor de sonido.
Y de manera similar, la luz es una sensación que recibimos cuando las ondas del éter golpean nuestra retina fotosensible. Entonces, una mejor manera (probablemente la única correcta) de clasificar diferentes tipos de ondas es basarse en el medio: ondas de éter (ondas de luz u ondas EM), ondas de aire, ondas de agua, ondas de materia sólida, etc.

Y contrariamente a la enseñanza tradicional, todas las ondas son ondas longitudinales y en realidad no hay nada llamado ondas transversales. Lo que vemos / percibimos como una onda transversal (la ondulación en la superficie de un estanque) no es más que la manifestación superficial de una onda longitudinal subyacente.

Answer 7

En cuanto a la respuesta simple a su pregunta, las ondas de materia no se propagan a través de un conjunto particular de partículas porque las ondas de materia simplemente no se propagan.

Sin duda, puede dejar de leer ahora y estar contento con esta respuesta. Sin embargo, estoy seguro de que una persona que haya formulado una pregunta así querría saber la base de esta respuesta aparentemente radical.

Si tuviera que rastrear la evolución cronológica de las ondas de materia, queda claro que el argumento concluyente de De Broglie es simplemente un modelo para describir el estado de las partículas dadas y no una declaración morfológica de su condición física. (De manera concluyente, simplemente implico la propiedad culminante de la proposición y nada más)

Por lo tanto, la mejor respuesta (por falta de una palabra mejor) a su pregunta es que el enfoque de la onda de materia describe las cualidades de onda de una partícula dada, independientemente de su estado físico como una onda o una partícula.

Como no sé qué explicación tan exhaustiva preferiría, lo invito a que me haga un PM si necesita más ayuda.

Answer 8

Toda la materia, grande y pequeña, está sujeta y gobernada por las leyes de la teoría cuántica. La teoría cuántica se centra en la ecuación de Schroedinger (y las generalizaciones relativistas según corresponda), cuya solución es una función de onda. Las ondas de la materia son las funciones de onda de la materia. Las funciones de onda son ondas de probabilidad. Son funciones complejas de valor de espacio y tiempo. La magnitud cuadrada de la función de onda es la función de densidad de probabilidad para la ubicación de una ‘cosa’, ya sea un fotón, un electrón, una envoltura de caramelo o un dinosaurio.

Answer 9

Supongamos que te envío un estado cuántico. Debido a que una sola medición no sirve para la mecánica cuántica, esta es una máquina que produce, a pedido, un estado cuántico bien definido, para que pueda medirlo. El estado es, digamos, un electrón en un potencial parabólico en su estado fundamental (que llega en un camión de 30 t junto con el equipo necesario).
Después de la recepción, verificará si el electrón está realmente en ese estado.
Como buen mecánico cuántico, ha conectado otros 20 t de equipo: un aparato perfectamente compatible (es decir, tiene el estado fundamental parabólico como uno de sus estados de medición). Mides y recibes un golpe cada vez que lo intentas.

Ahora mides las propiedades del estado, comenzando con la distribución de probabilidad en el espacio (es un gaussiano). Luego busca cualquier patrón temporal (Ejemplo: ¿la probabilidad de encontrar el electrón en una posición determinada x está oscilando con el tiempo?).

Resultado: para un estado propio puro, ninguna propiedad observable está oscilando en el tiempo.
Necesita al menos dos estados propios para observar algo que oscile en el tiempo, y luego lo hace con la diferencia de frecuencia, no con las frecuencias en sí.

Conclusión: la oscilación de un estado propio es inobservable . Pero ellos son la causa.
De cualquier otra oscilación en la naturaleza.