A primera vista, la noción de dualidad onda-partícula es realmente extraña. Es probable que haya aprendido sobre las ondas antes y sepa que son una perturbación en un medio, y probablemente haya aprendido sobre las partículas, que son objetos físicos discretos. Entonces, la idea de que algunas cosas tienen propiedades de ambos puede parecer no solo extraña, sino físicamente imposible.
Este artículo le presentará la idea de la dualidad onda-partícula y le dará una descripción general de cómo surgió el concepto. y cómo resulta ser una excelente descripción de la realidad en muchos casos, especialmente en el ámbito de la cuántica. física.
Olas y propiedades onduladas
Comencemos por revisar qué constituye una ola. Una onda se define como una perturbación en un medio que se propaga de un lugar a otro, transfiriendo energía en el proceso, pero sin transferir masa.
En el medio a través del cual se mueve la onda, las moléculas individuales simplemente oscilan en su lugar. Un buen ejemplo de esto es una multitud en un estadio haciendo "la ola". Cada individuo simplemente se pone de pie y se sienta, oscilando en su lugar, mientras la ola viaja por todo el estadio.
Las propiedades de onda incluyen longitud de onda (la distancia entre picos de onda), frecuencia (el número de ciclos de onda por segundo), período (el tiempo que tarda un ciclo completo de onda y la velocidad (qué tan rápido viaja la perturbación).
Propiedades de las partículas y naturaleza de las partículas
Las partículas son objetos físicos distintos. Tienen una posición bien definida en el espacio, y cuando se mueven de un lugar a otro, no solo transfieren energía, sino también su propia masa.
A diferencia de las olas, no necesitan un medio a través del cual moverse. Tampoco tiene sentido describirlos con una longitud de onda, frecuencia y período. En cambio, generalmente se describen por su masa, posición y velocidad.
Dualidad onda-partícula y radiación electromagnética
Cuando el fenómeno de la luz Cuando se estaba estudiando por primera vez, los científicos no estaban de acuerdo sobre si era una onda o una partícula. La descripción corpuscular de la luz de Isaac Newton sostenía que actuaba como una partícula, y desarrolló ideas que explicaba la reflexión y la refracción dentro de este marco, aunque algunos de sus métodos no parecían trabaja.
Christiaan Huygens no estaba de acuerdo con Newton y utilizó la teoría de las ondas para describir la luz. Pudo explicar la reflexión y la refracción al tratar la luz como una onda.
El famoso experimento de doble rendija de Thomas Young, que demostró patrones de interferencia en la luz roja asociados con un comportamiento ondulatorio, también apoyó la teoría de las ondas.
El debate sobre si la luz era una partícula o una onda pareció resolverse cuando James Clerk Maxwell entró en escena y describió la luz como ondas electromagnéticas a través de las ecuaciones de Maxwell.
Pero pronto se hizo evidente que la naturaleza ondulatoria de la luz no explicaba todos los fenómenos observados. El efecto fotoeléctrico, por ejemplo, solo podría explicarse si la luz se tratara como una partícula, actuando como fotones individuales o cuantos de luz. Esta idea fue propuesta por Albert Einstein, quien ganó un premio Nobel por ello.
Así nació la noción de dualidad onda-partícula. La luz solo podría explicarse verdaderamente si se tratara como una onda en algunas situaciones y como una partícula en otras.
Materia y dualidad onda-partícula
Aquí es donde las cosas se ponen aún más extrañas. La luz no solo muestra esta dualidad, sino que resulta que la materia también lo hace. Esto fue descubierto por Louis de Broglie.
Esta dualidad no se puede ver en absoluto a escala macroscópica, pero cuando se trata de trabajar con elementales partículas, a veces parecen actuar como partículas y otras veces como ondas, con su longitud de onda igual a la asociado longitud de onda de de Broglie.
Esta noción condujo al desarrollo de la mecánica cuántica, que describe partículas con funciones de onda, que luego pueden entenderse en términos de la ecuación de Schrodinger.
