¿Es incorrecto decir que un electrón puede ser una onda?

Question

En QM se dice a veces que los electrones no son ondas pero se comportan como tales o que las ondas son una propiedad de los electrones. Quizá sea mejor hablar de una función de onda que representa un estado cuántico concreto.

Pero en el experimento de la rendija es obvio ver que los electrones son realmente una onda (interferida). Entonces, ¿se puede decir que un electrón es una onda? ¿Y es válido para otras partículas, como los fotones? ¿O es incorrecto decir que un electrón es una onda porque puede ser también una partícula, y porque algo no puede ser ambas cosas (un comportamiento y una propiedad)?

Answer 1

¿Qué es una onda? A partir del sonido y de las ondas de agua se llega a una asociación con el comportamiento variacional del seno y el coseno. Las ecuaciones de onda son ecuaciones diferenciales cuyas soluciones elementales son sinusoidales .

En las ondas de agua y en las ondas sonoras, e incluso en las electromagnéticas, lo que "ondea", es decir, tiene una variación sinusoidal con el tiempo y el espacio, es la energía de la onda, representada por su amplitud.

Cuando las dimensiones se vuelven muy pequeñas, compatibles con h, la constante de Planck la individual Las "partículas" electrones, etc., pueden describirse a veces como bolas de billar clásicas, y al mismo tiempo exhiben una aleatoriedad, que al acumularse muestra interferencias y otras características ondulatorias.

Este único electrón a la vez el experimento de la doble rendija muestra ambos efectos. Los electrones individuales dejan un punto en la pantalla que parece aleatorio. La acumulación da una distribución de probabilidad que tiene variaciones sinusoidales.

Sólo se puede dar una probabilidad de que el electrón aparezca en el punto (x,y) de la pantalla, que depende de la solución mecánica cuántica del problema de valor límite "dispersión del electrón desde dos rendijas"

Por lo tanto, no es un comportamiento de partícula clásica porque, aunque la energía sea transportada por el único electrón, su (x,y) está controlada por una distribución de probabilidad; y no es la onda clásica, es decir, un único electrón que está "agitando" su masa por todo el patrón de interferencia de la pantalla. Cada electrón es una entidad mecánica cuántica.

Answer 2

Los electrones no son ni partículas ni ondas: son electrones. Decimos que comportarse como partículas u ondas porque estamos familiarizados con los objetos macroscópicos que tienen estas propiedades y queremos proporcionar una especie de "sensación" de lo que son en términos que podemos entender fácilmente. Somos nosotros los que seleccionamos el experimento que muestra aspectos de su comportamiento. Ellos no cambian de partícula a onda y viceversa. Nuestros experimentos cambian.

Answer 3

Sí. ¡No! ¡Las dos cosas! ¿Ninguna de las dos?

El electrón es _una excitación del QED campo cuántico_ que no es del todo compatible con la noción clásica de campos o partículas. Lo único que se puede hacer es establecer analogías con cualquiera de ellas. Ambas analogías son a veces sencillamente erróneas, ya que sugieren un comportamiento diferente del que realmente tienen los electrones en los experimentos. Sin embargo, también predicen algunos comportamientos que concuerdan con el experimento. Y al final eso es todo lo que trata la física: encontrar modelos/analogías que permitan predecir el resultado de algunos experimentos.

Todos estos modelos son erróneos en un sentido Pero eso no significa que no debas utilizarlos nunca: sólo tienes que ser consciente de que hay límites más allá de los cuales se producen disparates. Está claro que es útil pensar en el electrón como una partícula cuando se diseña un tubo de rayos catódicos. Es no realmente útil pensar en ella como una partícula cuando se trata de entender los espectros de los átomos † ... Sin embargo, la descripción de una ola funciona muy bien aquí.

Sin embargo, es un punto de vista sensato decir que el electrón nunca sea una onda, sólo su probabilidad. O quizás mejor: (un tipo particular de -) la carga es una onda pero se cuantifica a algo parecido a una partícula llamada electrones.

Me gusta el enfoque de Dirk Bruere: un electrón es un electrón, y punto.

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† _{Incluso aquí hay un <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model">modelo erróneo pero útil </a>.}

Answer 4

En el micromundo, las partículas como el electrón tienen una naturaleza dual: en algunos experimentos se comportan como ondas, como la difracción de electrones en una rendija única, pero en otros experimentos, como la dispersión Compton o la fotoelectricidad, se comportan como partículas. La representación ondulatoria de los electrones mediante una función de onda mecánica cuántica puede explicar la difracción y la interferencia de los electrones.

Answer 5

El experimento de doble división mostró que el e- puede mostrar propiedades similares a las de las ondas. Cuando los electrones fueron disparados desde un arma en una barrera con dos rendijas, los electrones mostraron un patrón ondulado en el sensor EM detrás de la barrera, mostrando tres bandas distintas. Se produjo una refracción y, por tanto, los electrones se comportaron como ondas.