¿Qué significa (cómo se lo visualiza) para una partícula como una onda?

Question

Yo no tengo de fondo en la física. Esto no es para hacer la tarea, sólo por interés.

En la física cuántica, que describe una partícula puede actuar como una partícula y una onda.

Citado de HowStuffWorks "Dualidad Onda-Partícula"

Hoy en día, los físicos aceptan la doble naturaleza de la luz. En este punto de vista moderno, que define la luz como una colección de uno o más fotones se propagan a través del espacio como ondas electromagnéticas. Esta definición, que combina la luz es onda y partícula de la naturaleza, nos permite repensar Thomas Young de la doble rendija experimento de esta manera: la Luz viaja lejos de una fuente como una onda electromagnética. Cuando se encuentra con hendiduras, penetran y se divide en dos frentes de onda. Estos frentes de onda se superponen y el enfoque de la pantalla. En el momento del impacto, sin embargo, todo el campo de onda desaparece y un fotón aparece. Los físicos cuánticos describen a menudo a este diciendo la propagación de salida de onda "colapsa" en un pequeño punto.

Tengo problemas en la visualización de una partícula en la transformación de una onda y viceversa. La cita dice que la luz viaja lejos de una fuente como una onda electromagnética. Lo que hace que incluso parece? ¿Cómo puedo visualizar "una ola"? Es que se supone que se ven como una pared delgada de avance de la luz? Y luego, la cita dice, en el momento del impacto, la onda desaparece y un fotón aparece. Así, una bola de luz que parece? Algo que se asemeja a una esfera? ¿Cómo funciona una esfera a ser algo así como una ola del océano? ¿Qué aspecto tiene esto?

Mi (completamente incultos) yo creo que, por una partícula de convertirse en una ola, ¿eso quiere decir que esta onda expansiva está lleno de toneladas de fantasma copias de sí mismo, como la de un electrón existe en todas partes en esta extensa área de la ola, y luego cuando llega a la pared, que la propiedad de repente desaparece y te deja con sólo una partícula. Así, en esta "ola", es realmente toneladas de copias idénticas de la misma fotones en la forma y en la forma y con las mismas propiedades de una onda? Supongo que viene de la lectura acerca de cómo disparar sólo un fotón todavía pasa a través de dos ranuras en el experimento de doble rendija experimento. Así que el fotón en realidad duplicado de la misma?

Answer 1

Lo que observamos en la naturaleza existe en varias escalas. A partir de las distancias de las estrellas y las galaxias y los cúmulos de galaxias a los tamaños de los átomos y las partículas elementales.

Ahora tenemos que definir "observar".

La observación en humanos de la escala de tamaño medio lo que nuestros oídos escuchan, de lo que nuestros ojos ven, lo que nuestras manos se sienten, nuestra nariz huele , nuestra boca gustos. Esa fue la primera de la clasificación y el nivel de "proxy", es decir, un intermedio entre el hecho y nuestra comprensión y clasificación, que es biológico. (el término proxy es ampliamente utilizado en el clima investigaciones)

Un segundo nivel de observación viene cuando hacemos uso de proxies, como metros, termómetros, telescopios y microscopios, etc. que se registra en nuestro biológica proxies y acumulamos conocimiento. En este nivel se pueden superar los límites de la escala humana y a encontrar y estudiar las enormes escalas de las galaxias y de las pequeñas escalas de las bacterias y microbios. Un nivel de micras y milímetros. Observamos las ondas en los líquidos con tal tamaño de longitudes de onda

La luz Visible es del orden de Angstroms, 10^-10 metros. A medida que la ciencia avanzaba la idea de ser de luz corpúsculos ( Newton) llegó a superar por la observación de los fenómenos de interferencia que sin duda dijo "olas".

Luego vino la revolución cuántica, el efecto fotoeléctrico (Partículas), la doble rendija de experimentos( de onda) que mostró que la luz había aspectos de una partícula y de los aspectos de una ola. Nos estamos ahora en un último nivel de uso de proxy, llamado matemáticas

La onda partícula de la dualidad se entiende en la teoría de la mecánica cuántica. En esta teoría según la observación de una partícula reaccionar como una "partícula", es decir, tener un impulso y una ubicación definida , o como una onda, es decir, que tienen una frecuencia/longitud de onda y la geometría de la definición de su presencia PERO, y es un gran pero, esta longitud de onda no está en la materia/energía que es la definición de la partícula , pero en la probabilidad de encontrar la partícula en un determinado (x,y,z,t) ubicación. Si no hay ningún experimento que busca la partícula en lugares específicos de su forma, es desconocido, y limitada por el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Lo que se describe con palabras en el último párrafo es rigurosamente establecidos en ecuaciones matemáticas y no es posible entender realmente lo que está pasando si uno no adquiere las herramientas matemáticas, como un nativo en una primitiva de la isla no podía entender aviones. La matemática es el mejor proxy para la comprensión de los fenómenos cuánticos.

Ahora, la luz es especial en el sentido de que, en conjunto, se muestra las propiedades de onda macroscópicamente, y la particularidad proviene de las Ecuaciones de Maxwell que funcionar igual de bien en ambos sistemas, la clásica y la mecánica cuántica, pero este también necesita de las matemáticas para ser comprendidas.

Para una visualización es engañosa en el sentido de que la matemática de la función de onda procedentes de la mecánica cuántica ecuaciones es como un "estadístico" de la herramienta de cuyo cuadrado nos da la probabilidad de observar la partícula en (x,y,z,t). Supongamos que tengo un estadístico de la función de probabilidad para usted, que usted puede estar en Nueva York en 17/10/2012 y las probabilidades de propagarse por toda la costa este de los estados unidos. ¿Eso significa que usted está en ninguna parte? ¿eso significa que usted está en todas partes? Igualmente con los fotones y las partículas elementales. Es sólo una probabilidad matemática de salir de la inherente a la mecánica cuántica de la naturaleza del cosmos.

Answer 2

En el momento del impacto, sin embargo, todo el campo de onda desaparece y un fotón aparece.

Cualquier fuente de contenido para describir las teorías científicas en términos de la magia negra es peor que inútil.

¿Cómo puedo visualizar "una ola"?

Usted puede visualizar como y=sin(x). La ola de la fuerza oscila a lo largo del tiempo (si te quedas en un solo lugar y ver pasar), y en el espacio (si se "congela" en el tiempo). La luz es más compleja que la más familiar de las ondas (por ejemplo, las ondas en el agua), en la que se compone de los oscilante de ondas eléctricas y magnéticas.

Así que el fotón en realidad duplicado de la misma?

No, No se duplican a sí mismo, corre a sí mismo para que pueda pasar a través de dos rendijas al mismo tiempo (tal como una ola en el agua que haría). El "colapso" se produce debido a la cuantización de la luz, lo cual es evidente cuando la luz es absorbida por la materia.

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Darse cuenta de que tratando de visualizar es una muy limitada de vehículo para la comprensión de la cuántica a escala de la física. Desde estas pequeñas escalas están fuera del dominio de nuestra ordinaria de la percepción de los sentidos, todo lo que tenemos disponible es la hipótesis basada en los experimentos. Entonces, para entender una teoría es comprender las paradojas y los experimentos que dieron lugar a la misma; en el caso de la dualidad onda-partícula, que podría ser (entre otros) el experimento de doble rendija, como usted ha mencionado. En la cuantización de la luz, una buena clase de experimentos para reflexionar son las de emisión/absorción de los espectros de los elementos.

Answer 3

La visualización es difícil ya que, por ejemplo, las "oleadas" de que estamos hablando de una probabilidad de la amplitud de la densidad de las ondas. (De hecho, nosotros (los maestros) probablemente debería desalentar a los más iniciados en el tema de tratar de hacer esto directamente.)

Una cosa que siempre ha ayudado al describir esto a la gente es algo que yo recibí de Paul Tipler del libro de pregrado (!) hace mucho tiempo cuando yo era un asistente de enseñanza. Él hace una distinción útil: cuando un electrón (como un ejemplo canónico de un quantum 'partícula') se propaga se comporta de una wavelike de la moda; cuando los intercambios de energía con otros sistemas, lo hace de forma discreta, como una partícula.

En este sentido, a continuación, la "dualidad" de la mecánica cuántica es menos paradójico y tal vez menos aparentemente contradictorios. Los electrones se comportan como ondas y partículas, pero nunca 'al mismo tiempo'.

Answer 4

Las partículas en la mecánica cuántica son siempre las partículas y actuar como partículas. E. g. un electrón o un fotón siempre se definen como partículas de acuerdo con el Modelo Estándar y Wigner representación. E. g. un electrón se define como una partícula con masa $m_e$, espín 1/2 y gratuito por correo y siempre se comporta como una partícula, nunca como una ola. Como se subraya en el CERN sitio web "todo en el Universo se encuentra a partir de los doce bloques de construcción básicos llamadas partículas fundamentales".

No hay necesidad de una dualidad onda-partícula en las modernas interpretaciones de la mecánica cuántica (mecánica cuántica puede ser formulado sin wavefunctions) y la dualidad onda-partícula término es a menudo considerado como un "mito", Klein prefiere el término "inapropiado". Las raíces históricas de la dualidad onda-partícula mito se explica en Ballentine, con su célebre libro de texto de la Mecánica Cuántica: Una Moderna Mecánica de Desarrollo:

"Son las "partículas" de verdad "olas"? En los primeros experimentos, los patrones de difracción se detectaron de manera integral por medio de una placa fotográfica, que no podía detectar partículas individuales. Como consecuencia, la idea creció la partícula y propiedades de onda eran mutuamente incompatibles, o complementarios, en el sentido de que los diferentes aparatos de medición estarían obligados a observarlas. Esa idea, sin embargo, fue sólo un desafortunado generalización a partir de una limitación tecnológica. Hoy es posible detectar la llegada de los electrones individuales, y para ver el patrón de difracción emerge como un patrón estadístico compuesto de muchos pequeños puntos (Tonomura et al., 1989)."

Como afirma Klein:

"La milagrosa "dualidad onda-partícula" sigue floreciendo en textos populares y primaria libros de texto. Sin embargo, la tasa de aparición de este término en las obras científicas ha ido disminuyendo en los últimos años."

Buscar Akira Tonomura del clip de vídeo .wmv .mpeg para una hermosa demostración de la aparición de estadística de onda patrón de interferencia de doble rendija experimento, cuando un gran número de independientes de partículas (electrones) impacto en el detector.