La dualidad Onda - Particula

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

[FONT=Verdana]Buenos días y gracias otra vez por la respuesta.... con la que no termino de estar del todo de acuerdo.

No puedo estar del todo de acuerdo con la afirmación de que las pantallas detectoras sólo saben detectar partículas, como dices. En todos los textos que he leído (y todos, aunque sean de divulgación están escritos por físicos de primera línea) se dice que cuando hay dos rendijas, la pantalla registra patrones de interferencia causados por la llegada de ONDAS. cuando hay sólo una,(o cuando se coloca un mecanismo detrás de una de las rendijas) registra lallegada de PARTICULAS.

Así que, según los textos, las pantallas registran ONDAS y PARTICULAS, segun el caso...Si estoy equivocado, agradecería que se me dijera donde, en qué y porqué.

[/FONT][FONT=Verdana] Adjunto un dibujo representando la pregunta que me hago. En el dibujo, aparecen las pantallas con una sola rendija. Esa es mi primera pregunta. La segunda es: si en el mismo experimento hay en cada pantalla dos rendijas y tras una de ellas un detector, ¿que se registraría enla pantalla donde las rendijas no tienen detector?
[/FONT]

[carroza]

Re: La dualidad Onda - Particula

Hola.

En este caso no hay interferencias. No la hay en el caso de ondas clásicas (olas en la bañera) y no las hay con funciones de onda.

Por cierto, puedes mencionar qué libro de divulgación has leido, y cintar el parrafo donde dice eso de que

[FONT=Verdana]cuando hay dos rendijas, la pantalla registra patrones de interferencia causados por la llegada de ONDAS. cuando hay sólo una,(o cuando se coloca un mecanismo detrás de una de las rendijas) registra lallegada de PARTICULAS.


[/FONT][FONT=Verdana]Saludos pacientes.[/FONT]

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Buenos días.

Agradecido por la respuesta y agradecido por la paciencia. Me doy cuenta que hay que tener una buena dosis para aguantarme. Voy a mirar con detenimiento la bibliografía que tengo sobre ese asunto para responder a la pregunta que me haces, después de todas las que me habéis respondido.....

¿Podrías explicarme un poco tu respuesta? es que no acabo de entender por qué en este caso no va a haber interferencia...uno tiende a imaginarse que al fin y al cabo la onda, una vez que choca con una pantalla, podría rebotar (si se le da tiempo suficiente) y acabar interfiriendo en la otra pantalla...¿donde está el error de este argumento? Gracias

[carroza]

Re: La dualidad Onda - Particula

¿Podrías explicarme un poco tu respuesta? es que no acabo de entender por qué en este caso no va a haber interferencia...uno tiende a imaginarse que al fin y al cabo la onda, una vez que choca con una pantalla, podría rebotar (si se le da tiempo suficiente) y acabar interfiriendo en la otra pantalla...¿donde está el error de este argumento? Gracias

Hola. La física es una ciencia experimental. Independiendemente de cómo de bonito o convincente sea el argumento, lo importante es qué ocurre cuando haces el experimento.
Por eso te insisto en la bañera. hazlo, (sólo te hace falta una bañera, o un lavabo, seis placas de plástico, y un cuentagotas) y verás como te convence.

De todas formas, si eres un platónico impenitente, y prefieres el argumento a la realidad, el argumento es el siguiente: Las ondas tienen una amplitud. Esta amplitud es máxima en la dirección de salida de la rendija, y disminuye de forma importante conforme te desvías lateralmente. En el diseño experimental que pones, la onda que sale por la rendija superior tiene una amplitud apreciable en el centro de la placa superior, pequeña en los laterales de la placa superior, y totalmente despreciable en la placa lateral.
De la misma forma, la onda que sale por la rendija lateral tiene una amplitud apreciable en el centro de la placa lateral, pequeña en los laterales de la placa lateral, y totalmente despreciable en la placa superior.

Por tanto, como nunca tienes dos ondas de origen distinto con amplitud apreciable en la misma placa, no hay interferencia.

Esto es lo que te decía de la propagación de ondas, y es válido tanto para ondas clásicas como para funciones de onda.

Un saludo

[abuelillo]

Re: La dualidad Onda - Particula

Buenos días.
¿Podrías explicarme un poco tu respuesta? es que no acabo de entender por qué en este caso no va a haber interferencia...uno tiende a imaginarse que al fin y al cabo la onda, una vez que choca con una pantalla, podría rebotar (si se le da tiempo suficiente) y acabar interfiriendo en la otra pantalla...¿donde está el error de este argumento? Gracias

Voy a intentar explicarlo como lo entiendo yo, aunque puede ser complicado en algunos puntos (ojo podria comenter fallos garrafales, no soy cientifico, y quizas lo haya entenido mal, si en algo o en todo me equivoco seguramente carroza me podra correjir :P).

El experimento con la bañera es parecido pero no es identico a la realidad, debido a que en la bañera generas ondas esfericas y puras (sin armonicos), y con igual amplitud en circulos concentricos al punto de emision de las ondas. En el experimento de la bañera lo mas que puedes hacer es intentar generar ondas planas, que viajen en una sola direccion, por ejemplo utilizando algo rectangular del mismo ancho de la bañera y metiendolo en el agua en un extremo de la bañera.
Pero aun asi en la realidad tampoco son ondas planas y puras con igual amplitud en todo el espacio. Porque si fuesen asi con el paso del tiempo una particula tendria la misma probabilidad de ser encontrada en su punto de origen que a 100 metros de distancia, y esto no pasa, con el paso del tiempo la probabilidad de encontrar la particula en su punto de origen tiende a cero, y la probabilidad de encontrarla mas alejada en una determinada direccion tiende a 1.

Cuando lanzamos particulas hacia una rendija, "apuntamos" a la rendija, se lanzas pariticulas/ondas dirigidas, esto puede verse mas claramente usando un laser, la intensidad del laser es maxima en una linea muy definida. La existencia de esas particulas fuera del haz, digamos a un metro a la derecha es minima.

Un foton o un electron libre, es decir que no esta confinado por nigun potencial, y viaja libre por el espacio, se llama onda viajera, o paquete de ondas. Y no es una onda pura. Esta formada por la suma de infinitas ondas. Al ser de esta forma se consigue que la onda final (suma de ondas infinitas puras de distintas frecuencias) tenga mayor amplitud solo en una zona pequeña del espacio. Si quieres mas datos sobre esto busca en internet informacion sobre series y la Transformada de Fourier, que se utiliza en todos los campos cientificos e ingenieriles.

Es decir la onda tendra un bulto en cierta zona del espacio, en la bañera seria equivalente a que cierta zona del agua tuviese mas "altura", como la ecuacion de onda define la existencia o probabildiad de existencia como el cuadrado de la amplitud de la onda en cada punto del espacio, esto significa que la probabilidad de existencia de la particula es muchisimo mayor en ese bulto.

Como la ecuacion de onda para una onda viajera esta definida dependiente del tiempo, con el paso de este, ese bultito o probabilidad de mayor existencia en el espacio, se va desplazando en una determinada direccion. Ese bultito de mayor existencia que seria mas o menos esferico en un espacio tridimensional, se parece ya mucho mas a una particula.

Esos bultos de existencia se apuntan y se lanzan en linea recta contra una rendija, y por lo tanto no pueden pasar por otra rendija que este muy alejada.

Hay que aclarar que cada particula sigue teniendo una probabilidad de existencia en todo (o casi todo el espacio), asi que parte de su existencia si pasara por rendijas alejadas (y puede rebotar y hacer lo que sea), pero esas probabildidades de existencia (la amplitud de las partes laterales de la onda) es pequeñisima. Y una onda con una amplitud pequeñisima, no puede interferir (en el sentido de "destruir" o "incrementar") con una onda con una amplitud muchisimo mas grande, porque aunque las sumes o restes, la onda mayor no va a cambiar de forma apreciable, casi no va a notar la onda mas pequeña.

Aqui tienes un grafico simple de un paquete de ondas representando una particula, sea foton, electron, etc.

http://es.wikipedia.org/wiki/Paquete_de_ondas

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Buenos días.

Muchas gracias por vuestras respuestas. Al final las dos van en las misma dirección. Parece que estoy equivocado en mi razonamiento. Habrá que plegarse a lo que dice la "realidad". Sucede que entérminos de extricta lógica, como la luz se propaga en todas direcciones y tenemos una representación mental basada por ejemplo en la onda que crearía una gota al caer en una bañera en estado de quietud absoluta, si seguimos el razonamiento lógico, cabría concluir lo que yo concluía. Por lo que decis, en el mundo real ese efecto sería despreciable o nulo. Pues bien. Gracias de nuevo.


Ahora la respuesta a la referencia que se pedía:


Richard P. Feynmann
El caracter de la le física.
Matatemas. Tusquets Editores
Capítulo 6. Probabilidad e incertidumbre. La visión de la naturaleza a través de la mecánica cuántica. Pag 141 y siguientes

A partir de la página 151 se explica detalladamente el experimento con electrones. Tras explicar (de forma rigurosa y brillante) cómo funciona el experimento cuando se tapa una rendija y cuando están las dos abiertas, en la página 157, resume la explicación sobre lo que sucede cuando se pone un detector tras una rendija de la manera que transcribo a continuación, punto por punto:

"No puedo explicar ahora las muchas maneras distintas que hay de descubrir el agujero por el que pasó el electrón. Pero siempre resulta que es imposible colocar la luz de tal forma que sea posible observar por qué agujero pasa cada electrón sin perturbar la distribución de los electrones que llegan, sin destruir la interferencia. Y no sólo en el caso de la luz; cualquier otro sistema de detección dará el mismo resultado. Pueden ustedes inventar mil y una maneras de detectar por qué agujero pasa cada electrón, pero si consiguen construir un instrumento tal que no perturbe el movimiento del electrón, entonces ya no será posible saber por qué agujero pasan los electrones..."

[FONT=Verdana]Otra referencia

Brian Greene (Doctor en física y matemáticas por Oxford y profesor en Columbia)
Drakontos - Planeta
Pags 118 a 132.
En pag 131 se detalla lo que sucede al tratar de averigua por qué rendija pasael electrón.

La verdad es que este segundo autor se basa en la explicación de Feynmann. Pero a su manera. Es interesante de leer.

No tenía ayer mucho tiempo. Estoy seguro que he leído sobre el asunto en alguno más de los libros que tengo. Los buscaré y trataré de ampliar las referencias que he dado.

Gracias de nuevo[/FONT]

[carroza]

Re: La dualidad Onda - Particula

Hola

Aquí conocemos y amamos a Feynmann. Pero cómo se pasa de:

"No puedo explicar ahora las muchas maneras distintas que hay de descubrir el agujero por el que pasó el electrón. Pero siempre resulta que es imposible colocar la luz de tal forma que sea posible observar por qué agujero pasa cada electrón sin perturbar la distribución de los electrones que llegan, sin destruir la interferencia. Y no sólo en el caso de la luz; cualquier otro sistema de detección dará el mismo resultado. Pueden ustedes inventar mil y una maneras de detectar por qué agujero pasa cada electrón, pero si consiguen construir un instrumento tal que no perturbe el movimiento del electrón, entonces ya no será posible saber por qué agujero pasan los electrones..."

a tu conclusión

[FONT=Verdana]cuando hay dos rendijas, la pantalla registra patrones de interferencia causados por la llegada de ONDAS. cuando hay sólo una,(o cuando se coloca un mecanismo detrás de una de las rendijas) registra lallegada de PARTICULAS.
[/FONT]
Un saludo.

PS: Perdona que parezcamos ariscos en los debates de física. Lo que ocurre es que, a diferencia de otras disciplinas, en física, y en ciencia en general, muchas cosas no son opinables, sino que están bien o estan mal. Y, como en la web de fisica queremos aprender, preferimos que nos digan claro cuando, y por qué, lo que decimos está mal.

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Buenos días otra vez.

Gracias por la prontitud en responder.... no me pareceis ariscos. Ni mucho menos. Más bien parece que el que haya sido un poco arisco en correos anteriores era yo.

Mis disculpas si ha sido así....

Yo también soy una persona a la que el caracter del Richard Feynmann ha ido ganando hasta convertirme en un admirador suyo. Tanto como físico como persona. Era uno de esos tipos tocados por la varita mágica de Dios. Es difícil no admirarlo.

En respuesta a cómo se pasa del párrafo de Feynmann a mi conclusión, pues no puedo más que volver a remitirme a él. Tendría que transcribir todas las páginas que he señalado (141 y siguientes) donde explica el experimento, primero con un simil balístico y después con electrones. Lo mismo para la otra referencia.

Como decía, solo soy un aficionado...cuidadoso. Como los asuntos de la mecánica cuántica son complejos, procuro poner atención y repasar una y otra vez la lectura, hasta asegurarme (o intentarlo) que lo he comprendido.

Es posible que todas las veces que he leído sobre este asunto las haya entendido mal. Pero lo que digo como conclusión es un resumen de lo que he creido entender en todas mis lecturas sobre el dichoso experimento. Y en concreto en el libro de Feynmann. La conclusión que yo he creido entender que ellos tratan de transmitir es que:

cuando hay una sola rendija, lo que se registran son partículas. Dsitribución de puntos en la pantalla de registro según una Normal.
cuando hay dos rendijas, se registran ondas. Bandas blancas y oscuras de interferencias.
cuando se coloca un detector vuelven a regustrarse partículas. Distribución de puntos según una Normal.

Por supuesto, puedo ser un zote y estar equivocado. Si ese es el caso, os agradecería que me sacárais de mi error.

[carroza]

Re: La dualidad Onda - Particula

cuando hay una sola rendija, lo que se registran son partículas. Dsitribución de puntos en la pantalla de registro según una Normal.
cuando hay dos rendijas, se registran ondas. Bandas blancas y oscuras de interferencias.
cuando se coloca un detector vuelven a regustrarse partículas. Distribución de puntos según una Normal.

Hola.

Fijate que la pantalla detecta siempre lo que conocemos como partículas. Si ves los sucesos uno a uno, cada pequeño destello de la pantalla detectoras es idéntico, bien sea con las dos rendijas abiertas, o solamente una de ellas. Así que no hay nada mágico que cambie la naturaleza de los electrones, de onda a partícula, según uno abra una dos, o quinientas rendijas.

Lo que varía es la distribución estadística de los destellos. Como bien dices, aparecen patrones de interferencia cuando hay dos, y no aparecen cuando hay uno. Pero esto se explica perfectamente considerando que los electrones se propagan como ondas, y esta explicación es perfectamente válida para explicar por qué con una rendija aparece una distribución gaussiana, y con dos rendijas aparecen franjas de interferencia. Estas son las propiedades bien conocidas de las ondas.

En resumen,

El electron, cuando se observa en una pantalla, siempre se detecta como lo que conocemos por partícula (independientemente del número de rendijas).

El electrón, cuando se propaga a través de un medio, siempre se propaga como una onda (independientemente del número de rendijas).

Cuando pretendemos imaginarnos un experimento para detectar por qué rendija ha pasado el electrón, alteramos la fase de la función de onda, con lo que destruimos el patrón de interferencia.

Saludos

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Bueno. Puedes mandarme a paseo si quieres, pero sigo sin entender un punto. Voy a centrarme en él. Uno de tus párrafos dice:

Lo que varía es la distribución estadística de los destellos. Como bien dices, aparecen patrones de interferencia cuando hay dos, y no aparecen cuando hay uno. Pero esto se explica perfectamente considerando que los electrones se propagan como ondas, y esta explicación es perfectamente válida para explicar por qué con una rendija aparece una distribución gaussiana, y con dos rendijas aparecen franjas de interferencia. Estas son las propiedades bien conocidas de las ondas.

Si entiendo bien este párrafo, lo que pasa a través de las dos rendijas es una onda (los electrones siempre se propagan como ondas) que además están generando los patrones de interferencia. ¿Como se concluye que lo que choca con la pantalla - y que en ella está generando al registrarse un patrón de interferencia - es una partícula?

[carroza]

Re: La dualidad Onda - Particula

Si entiendo bien este párrafo, lo que pasa a través de las dos rendijas es una onda (los electrones siempre se propagan como ondas) que además están generando los patrones de interferencia. ¿Como se concluye que lo que choca con la pantalla - y que en ella está generando al registrarse un patrón de interferencia - es una partícula?

Hombre, creo que por fin estás llegando al meollo de la cuántica.

Sabemos que detectamos una partícula porque, cuando detectamos al electrón, está bien localizado.
Vemos un pequeño destello, en un punto de la pantalla.
No es algo, como la onda clásica, extendido por todo el espacio.

Así que la paradoja, lo raro, lo especial de la cuántica es que el electrón se propaga como una onda, como si ocupara de alguna forma todo el espacio, pero cuando queremos medirlo (al menos con detectores tipo pantalla) lo vemos como una partícula.

A partir de aquí, te puedes plantear cómo se pasa de una cosa extendida, la función de onda, a una cosa localizada, el electrón que ves en un punto concreto. Esto es lo mal llamado "colapso de la función de onda". Pero esto merece otro hilo.

saludos

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Bueno...espero que las diferencias de opinión no impidan que pueda contar contigo y con tu ayuda más adelante.

Yo no lo veo así, por la siguiente razón: es en la propia pantalla de registro, es decir, cuando lo que quiera que sea impacta en la pantalla, donde se registran las interferencias. No se trata de cómo se propague, si no de cómo se registra en la pantalla. Y el registro en la pantalla es el de una onda, porque es un registro de bandas de interferencia, no de partículas.

Por eso no puedo estar de acuerdo con el párrafo en el que dices que "se propaga como una onda .... pero cuando queremos medirlo lo vemos como una partícula".

Es justo cuando lo medimos cuando nos damos cuenta de que es una onda.

Lo dicho... espero seguir contando con tu ayuda en el futuro, a pesar de las diferencias de opinión.....

[abuelillo]

Re: La dualidad Onda - Particula

Bueno...espero que las diferencias de opinión no impidan que pueda contar contigo y con tu ayuda más adelante.

Por eso no puedo estar de acuerdo con el párrafo en el que dices que "se propaga como una onda .... pero cuando queremos medirlo lo vemos como una partícula".

Es justo cuando lo medimos cuando nos damos cuenta de que es una onda.

Aqui tienes una grabacion de un experimento real, al cabo de 5 segundos el video esta acelerado, porque sino seria larguisimo porque hay que esperar que impacte cada particula una por una hasta que se forme algun patron.

http://youtu.be/GdnL_S4qdTU

Si esto no lo aclara, ya sera inutil convencerte, te consejaria luego que intentes releer lo que has leido sobre el tema, y desde otra perspectiva o uses fuentes distintas, porque no lo estaras comprendiendo como realmente es.

[reti]

Re: La dualidad Onda - Particula

La dificultad de la cuantica esta precisamente en entender que los electrones, fotones y demas cosas cuanticas no son ni particulas ni ondas, aunque se puedan describir o entender en ciertos experimentos como si fueran particulas o ondas.

¿Que es un electron?


Un electron se puede contar. En un atomo de hidrogeno neutro hay uno y solo uno. En un bloque de una sustancia hay un numero entero de ellos. No existe el medio electron.Tiene tambien una carga unica que siempre es la misma. No tiene una veces la mitad de la carga o el doble de la carga. Lo mismo ocurre con la masa que nunca se encuentra un electron que pese la mitad o algo dstinto de la masa que siempre tiene un electron.

Por tanto, el electron es una particula en el sentido de indivisibilidad de unas carasteristicas que siempre son las mismas, lo que no quiere decir que siga una trayectoria unica, es decir, que no seao este en un punto del espacio. Si fuera este el caso, de que fuera un punto, tendrias que el electron es verdaderamente una particula cosa que no es.


¿ Como se propaga o se describe el electron en la cuantica?

El electron se describe en la cuantica como si fuera una onda. Con una funcion y unas matematicas que se corresponden con lo que se espera de una onda. Pero el electron no es una onda, lo mismo que no es un punto o particula. No lo es porque una onda se puede dividir, siempre se puede dividir, y el electron no se puede dividir como ya se ha dicho, el elctron siempre tiene una masa y una carga indivisibles que no se corresponde con lo que se espera si fuera una onda.


Esto es lo que te queria decir "Carroza" cuando:

Así que la paradoja, lo raro, lo especial de la cuántica es que el electrón se propaga como una onda, como si ocupara de alguna forma todo el espacio, pero cuando queremos medirlo (al menos con detectores tipo pantalla) lo vemos como una partícula.

Cuando el eelctron incide en la pantalla o afecta algun instrumento siempre lo hace como un todo, con su carga y su masa indivisibles como una particula (desmintiendo que sea una onda), pero sin embargo pasa o se propaga por las dos rendijas como si se dejara dividir como una onda ( desmintiendo que sea una particula, un punto).

En esto consiste la magia de la cuantica, en entender que no son ondas ni tampoco son particulas, aunque leas por hay eso de que al electron se le considera puntual.

A partir de aquí, te puedes plantear cómo se pasa de una cosa extendida, la función de onda, a una cosa localizada, el electrón que ves en un punto concreto. Esto es lo mal llamado "colapso de la función de onda". Pero esto merece otro hilo.

Esto que comenta "carroza" no lo entendi.

[Pola]

Re: La dualidad Onda - Particula

Buenos días. Antes de nada, perdón por el retraso y gracias por las respuestas.

Bueno. Como decía aquél que lo decía, cuando uno se equivoca, lo mejor es ponerlo claramente blanco sobre negro.

Después de las útimas respuestas fuí a ver el video en el link que recomendaba "abuelillo". La verdad es que no daba crédito, viendo cómo se registran impactos puntuales , pero que se destribuyen como una onda. Me quedé de una pieza.

Hoy mismo, he vuelto a releer, el capítulo de Feynmann y efectivamente: "carroza" tenía toda la razón ("abuelillo" también) y yo estaba equivocado. Todas las veces que he leido sobre este asunto en todos lo libros en que lo he leído, lo he leido mal. Como según las explicaciones había interferencias, mi cabeza estaba empeñada en que se registraría una onda. Es sorprendente cómo la rigidez de valores nos impide ver la realidad.

Mis disculpas por la tozudez, y gracias por la paciencia......

Gracias también a "Reti" por su comentario. Muy esclarecedor.

Espero seguir contando con vuestra ayuda en el futuro.

Un saludo:

Pola