¿Cómo se ve la función de onda de un electrón en movimiento?

Answer 1

En primer lugar, dado que técnicamente ningún electrón puede estar en reposo (debido al principio de incertidumbre), todos los electrones pueden considerarse “en movimiento”. Así que simplemente puedes preguntar “cómo se ve la función de onda de un electrón”.

Sin embargo, la respuesta a esta pregunta dependerá de las condiciones específicas del electrón en particular. ¿Es un electrón libre? ¿Está atado a una caja? ¿Es parte de un átomo? ¿Interactúa con otras partículas? …y así. En mecánica cuántica, utilizamos esta información como condiciones de contorno cuando resolvemos la ecuación de Schrödinger para determinar la función de onda.

Para el caso más simple de un electrón libre que no interactúa con nada y simplemente se mueve libremente a través del espacio, puedes imaginar que su función de onda se ve así:

Esto se denomina paquete de onda y describe aproximadamente la probabilidad de encontrar el electrón en cualquier posición en el espacio. Cuanto mayor sea la amplitud del paquete de ondas en un cierto punto, es más probable que encuentre el electrón en ese punto.

Esta es, por supuesto, una explicación muy simplista, pero es lo mejor que puedo hacer sin usar las matemáticas.

Answer 2

Tengo una respuesta mucho más simple que las otras dos (a partir del 30/30/16). En la teoría cuántica de campos, en su verdadero sentido, todo, incluidos los electrones, es un campo. Los campos se definen como propiedades del espacio y, por supuesto, no pueden ser “vistos”. En mi libro utilizo colores artificiales como una forma de visualizarlos y elegí el amarillo para el campo de electrones. Entonces, ¿cómo se ve un electrón en movimiento? Parece una mancha de amarillez que se está extendiendo hasta que interactúa con algo (que es cuando sabemos que está ahí).

Sin embargo, al contrario de lo que dijo Barak, no todos los electrones se mueven. Los electrones en un átomo son estacionarios mantenidos en su lugar por el núcleo. Aquí hay una imagen de mi libro del electrón en un átomo de hidrógeno, con el rojo representando el campo de protones.

En el Capítulo 1 describo los campos de esta manera:

“¿Qué es un campo? Abandonar la imagen familiar de partículas sólidas y reemplazarla por campos intangibles no es fácil. Requerirá un salto de imaginación mayor que la imagen atómica con la que luchó Eddington. Para decirlo brevemente, un campo es una propiedad o una condición de espacio. El concepto de campo fue introducido en la física en 1845 por Michael Faraday como una explicación de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Su experimento con limaduras de hierro que se alinean en la región alrededor de un imán lo realiza cada estudiante de física (Fig. 1-1).

“Sin embargo, la idea de que los campos pueden existir por sí mismos como propiedades del espacio era demasiado para que los físicos de la época aceptaran. En su lugar, inventaron una sustancia invisible llamada éter para llevar las oscilaciones EM. La creencia en el éter prevaleció durante décadas, pero cuando no se pudo encontrar evidencia de su existencia, a pesar de muchos intentos, finalmente se abandonó el éter y los físicos aceptaron que el campo EM tiene una existencia en sí mismo. La idea de que el espacio puede tener propiedades no es fácil, pero cuando termine este libro se sentirá cómodo con el concepto de campos. ”

El Capítulo 1 se puede leer gratis en Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos, y aliento a todos los que quieran entender QFT a que lo lean.

Answer 3

Es un sacacorchos retorcido en el plano complejo a lo largo de la dirección del movimiento. Una buena forma heurística es f (x) exp (ikx), donde f (x) es una función de envolvente para localizar el electrón y k es el momento.