Divulgación Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

[CarlosLuque]

Primero, pido disculpas por hacer una pregunta tan elemental en un sitio en que veo alto nivel en los temas y preguntas que se plantean.
Soy sólo un aficionado a los temas físicos pues mi especialidad es la programación. Para plantear mi solicitud de ayuda, cito:

Leo lo siguiente en un sitio de divulgación:

"Así, por ejemplo, un electrón en su órbital atómico no es un punto que da vueltas, sino una vibración ondulatoria que lo llena armónicamente. El electrón en su orbital (materia con propiedades cuánticas) está en estado de superposición porque está en todos los sitios y no está en ninguno, pudiendo colapsarse (colapso de su función de onda) cuando en un punto se “plega” como partícula que detectamos. Este electrón que, digamos, pertenece a una célula, así como todas las partículas de esa misma célula, son materia con propiedades cuánticas. Pero el objeto clásico como tal, su estructura, no posee propiedades cuánticas. La célula, como compleja estructura de materia fermiónica, no puede entrar en coherencia cuántica, ni en superposición, está determinada por la estructura clásica, y no puede ejercer una acción-a-distancia. Por esto existe muestro mundo real estable en el que podemos tener una biografía propia."

Ahora, mi pregunta:

Si es correcta la afirmación de que un electrón no es un punto (tengo la información de la dualidad del comportamiento onda-partícula) "sino una vibración ondulatoria que lo llena armónicamente", mi pregunta es: ¿qué es esa vibración ondulatoria, de qué está hecha?¿Es energía continua, un continuo no discreto, extenso?¿Cómo se puede interpretar esa afirmación, si es posible, no matemáticamente, sino para las posibilidades del sentido común?

Lo otro que se desprende de lo citado: cuando se afirma que la materia con sus propiedades cuánticas está en todos los sitios y no está en ninguno, se está pensando o no, en un continuo no discreto o no? Porque la noción de estar en todos los sitios y en ninguno no sólo comete contradicción lógica sino que se hace sobre el presupuesto de la noción de "partícula" o "punto" que se puede localizar en alguna parte...

Si me permiten por la simplicidad de mi duda, agradecería una explicación que me ayude a entender sin aparato matemático...Gracias...

[visitante20160513]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Entender, lo que se dice entender, no lo entienden ni los que defienden tales afirmaciones. Hasta tal punto eso es así que ha habido que desarrollar una lógica especial para poder razonar con la teoría cuántica, pero quizás me estoy subiendo por las ramas. No pretendas entenderlo, la teoría está ahí, con todas sus ecuaciones matemáticas que dan una descripción suficiente de todos los fenómenos conocidos, y si se aplica la teoría se llegan a conclusiones que luego se demuestran mediante la experimentación. ¿De qué están hechas las partículas?, ¿de probabilidad? Es difícil llegar a comprender que un concepto matemático como es la probabilidad pueda llegar a tener entidad física, pero es la mejor interpretación que tenemos o quizás la única, así que entenderlo no lo vas a entender, a lo más que puedes aspirar es a manejar correctamente la teoría basándote en sus principios y su formulación y a poco más. Algo parecido ocurrió con la relatividad, y ahí está, así que lo más sensato es esperar a que algún iluminado consiga dar una interpretación más racional de lo que es la materia y mientras tanto vivir feliz como una lombriz.

Ja, entenderlo, dice que quiere entenderlo,
¡Que atrevida es la ignorancia!

Salu2, Jabato.

[Alriga]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Leo lo siguiente en un sitio de divulgación:

"Así, por ejemplo, un electrón en su órbital atómico no es un punto que da vueltas, sino una vibración ondulatoria que lo llena armónicamente. El electrón en su orbital (materia con propiedades cuánticas) está en estado de superposición porque está en todos los sitios y no está en ninguno, pudiendo colapsarse (colapso de su función de onda) cuando en un punto se “plega” como partícula que detectamos. Este electrón que, digamos, pertenece a una célula, así como todas las partículas de esa misma célula, son materia con propiedades cuánticas. Pero el objeto clásico como tal, su estructura, no posee propiedades cuánticas. La célula, como compleja estructura de materia fermiónica, no puede entrar en coherencia cuántica, ni en superposición, está determinada por la estructura clásica, y no puede ejercer una acción-a-distancia. Por esto existe muestro mundo real estable en el que podemos tener una biografía propia."

Buuuff, vaya párrafo,... igual estoy equivocado, pero mi consejo es que no te creas todo lo que lees, y menos en según que sitios de divulgación...

Si te interesa la cuántica a nivel iniciación, pon en Google "experimento de la doble rendija", explora los resultados durante varios días, intenta asimilar lo que puedas, (como hemos hecho los interesados antes), y después vuelve a preguntar aquí con preguntas mejor estructuradas, aquí hay mucha gente que sabe muchísimo del tema, (que no yo) y que te responderá gustosa.

Saludos.

[Weip]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Igual te puede interesar este hilo de hace unos años donde pregunté acerca de estas cosas a nivel divulgativo (hay alguna fórmula pero si no la entiendes no pasa nada, no son imprescindibles para entender todo esto a nivel conceptual).

[CarlosLuque]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Agradezco ambas respuestas, aunque quizás filosóficamente son muy desalentadoras, y acepto lo mal estructurada de la exposición de mi duda, debido, sobre todo, a que sólo soy un interesado, diletante y curioso por estar al tanto del tema en la medida posible de mi comprensión, que es limitada. Los principios de la física de las partículas han dado resultados prácticos y comprobables en la experimentación y el modelo teórico actual es ampliamente aceptado por su lógica interna y por la concordancia con los hechos. Pero creo que los científicos tienen que hacer también un esfuerzo para que las consecuencias, digamos, filosóficas, de las leyes físicas no den lugar a conclusiones tan descabelladas como afirmar que es el instante en que percibimos y actuamos sobre lo que llamamos la realidad es que se origina verdaderamente el hecho real y otras ideas por el estilo, que se pretenden sostener sobre los descubrimientos cuánticos. Creo que este foro, los altos especialistas que se mencionan quizás puedan abordar estas cuestiones pues además de los resultados y aplicaciones prácticas el conocimiento de be ayudar a comprender las altas cuestiones filosóficas que interesan por igual al hombre...Os doy las gracias.(Cierto que he leído muchas veces diversas explicaciones sobre el experimento de la doble rendija, y quizás también por limitaciones de la inteligencia, a veces creo que comprendo, y otras, no...Seguiremos en este foto porque al final el misterio es muy apasionante aunque le llamemos misterio a la ignorancia...

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Le agradezco, lo tendré en cuenta.

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Gracias, sus temas de entonces y las aclaraciones, me han ayudado a creer que tengo menos brumas. Me sigue pareciendo que la esencia de la dificultad que se experimenta para entender cómo es el mundo cuántico radica en que tenemos que explicarlo echando mano a conceptos, y un vocabulario, que se origina en el mundo macroscópico al que tenemos los humanos un acceso natural. Y la otra razón es que cada concepto, principio o ley cuántica se describe con un aparato matemático y es en ese ámbito matemático que el físico es coherente. Pero cuando el profano quiere "entender", si no echa mano el especialista a su aparato matemático, tiene que hablar el lenguaje de todos y allí se produce el problema para el que no puede hablar y entender esa matemática. Por ejemplo, si pensamos el "algo" que está en tres lugares a la vez, es muy dificil no pensar en algo tangible que "a la vez" está no sólo en una locación, sino en varias, lo cual escandaliza a la lógica común. Pero cuando el físico desea hacer asequible, por ejemplo, la idea de la superposición, lo explica como una mezcla de estados puros y el término estado hay que entenderlo en su formulación matemática porque no parece posible entenderlo de otro modo. Y creo que ocurre igual con cualquier concepto, como el de partícula y onda. Y desde mi ignorancia yo creo que se debe a que la ciencia es capaz de pronosticar comportamientos por su repetida similitud experimental y de allí lograr aplicaciones prácticas pero que es cosa distinta "saber" qué cosa en la materia, qué es la energía, sino es por medio de la coherencia matemática de la teoría...

[Alriga]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Carlos, a mí en su día me gustaron mucho estos libros de iniciación a la Física Cuántica:

- "Física Cuántica, Ilusión o realidad" de Alistair Rae (Alianza Universidad)

- "El debate de la teoría cuántica" de Franco Selleri (Alianza Universidad)

- "El cántico de la cuántica" de S. Ortoli y J.P. Pharabod (Gedisa editorial)

Son un poco viejos, pero lo que explican no creo que haya sido muy mejorado por libros más modernos, de todos modos tal vez otros jóvenes miembros de La Web de Física puedan aconsejarte nuevos títulos diferentes.

Saludos.

[CarlosLuque]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Muchas gracias, amigo Alriga, por sus recomendaciones. A mi altura tengo vedado comprender la matemática de la Física Cuántica, pero me interesan mucho las discusiones
filosóficas y conclusiones que diversos autores proponen basados en las leyes o descubrimientos que va conquistando esa ciencia. Sobre todo porque algunos autores (e inclusos físicos renombrados) a mi parecer derivan conclusiones que me parecen idealistas. Se ha llegado a postular que la realidad no existe sino como resultado de la intervención en el estado de las cosas como una consecuencia de ciertas afirmaciones de la cuántica. Esa es la razón principal por la que busqué este foro maravilloso. Gracias, una vez más...

[ignorante]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

¿qué es esa vibración ondulatoria, de qué está hecha?¿Es energía continua, un continuo no discreto, extenso?¿Cómo se puede interpretar esa afirmación, si es posible, no matemáticamente, sino para las posibilidades del sentido común?

Hola CarlosLuque: te voy a explicar lo que yo he creído entender de este interesante punto que planteas, pero no descarto que esté yo equivocado (no soy físico, sólo soy un aficionado). De estar mal, me disculpo y solicito a algún camarada físico que corrija mis burradas.

La onda que vibra no es algo real. No es energía, no es un campo, no es nada “material”. La onda es una solución matemática de la ecuación de Schrodinger que da resultados en los números complejos (por eso no es asignable a nada “concreto”). Creo que en los inicios de la mecánica cuántica los mismos físicos no entendían qué rayos significaba esto.

Fue Max Born el que inventó un “truco” para darle un significado “físico” a esta onda: elevó al cuadrado la función de onda (para “sacarla” de los complejos), e interpretó estos nuevos valores reales como la probabilidad de encontrar a la partícula en algún punto del espacio.

Comúnmente los textos de divulgación se refieren a esta función de onda elevada al cuadrado y dicen que significa que la partícula está “desparramada” por todo el espacio. Sin embargo, yo no estoy de acuerdo. Como ya he dicho, la función de onda cuadrada sólo da la probabilidad de encontrar a la partícula en algún punto del espacio; por lo tanto, yo creo que sigue sin ser una “onda física” (otra vez, no corresponde a algo real, concreto), sino más bien es una “onda de información”. Suena alucinante ¿no? Pero toda la teoría cuántica es alucinante.

Saludos cordiales a todos camaradas

[Everett IV]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Expreso mi punto de vista, pero hay diferentes interpretaciones, las que te han contado en los post anteriores no tienen por qué ser incorrectas. La llamada escuela de Copenhague no se plantea dónde está la páticula, somos nosotros al medirla los que la encontramos en una posición definida, cuando no la observamos, no nos planteamos qué clase de ente es una partícula, se representa por una función de ondas (una sóla función para todas las partículas.

A base de repetir experimentos los resultados se acercan a la función de ondas ( la probabilidad de encontrar a las particulas en las posiciones realmente es el módulo al cuadrado, porque el valor de la función de ondas en la posición de cada partícula es un numero complejo). Si sólo te planteas dónde se encuentra la partícula cuando haces la medida, que a efectos prácticos es lo que se suele medir, y lo que suele tener importancia. Es dificil hacer experimentos para ver cuál de las interpretaciones es la correcta, si lo es alguna de ellas. La computación cuántica, si se llega a poder desarrolla, podrá arrojar algo de luz sobre el tema. Tú tienes una función de todos los estados posibles del sistema. Es decir si hay 2 partículas, la función de ondas será$\psi(x_1,y_1,z_1,x_2,y_2,z_2,t)$ donde los subindices representan las particulas . Es decir $|\psi|^2$ te da la probabilidad de encontrar la partícula 1 en $x_1,y_1,z_1$, y la 2 en $x_2,y_2,z_3$. Evidentemente se puede generalizar a 3,4 y cualquier número finito

La ec. de Schrödinger se puede ver como un campo en el espacio si hay una sóla partícula, si hay varias ya no, es una función del tiempo y de 3n variables para n partículas, no de las variables x, y z, como te expresado arriba, así que visualizarlo como una onda como una sóla partícula nos favorece la intuición, pero si no no.

Incluso cuando se cuantizan los campos, que es la visión más general y posible del estado de un sistema físico hay un valor de $\psi$ para todos los valores de los campos, y eso es equivalente a superposiciones de estados con determinadas partículas (las del modelo estándar), pero eso ya es teoría cuántica de campos,que es aplicar las reglas de la cuántica pero en vez de tomar variables de$\psi$ los valores de las partículas, $\psi$es una función de infinitas variables, un valor del campo para cada punto del espacio, que pueden estar superpuestos linealmente y al igual que ocurre con las partículas no tener un valor hasta que no se ha medido. Las teorías de campos es el estudio más avanzado de un sistema físico a nivel global, aunque no se ha conseguido de momento (hay propuestas pero no comprobaciones experimentales) , incluir la fuerza gravitatoria que cotidianamente la observamos en la caida de objetos y en la atracción en el movimiento planetario, a nivel macroscópico. De todas formas, a nivel atómico e inferiores distancias características del sistema la gravedad es muy debil (es en parte por eso que se hace dificil llegar a hacer experimentos para detectar la gravedad a nivel cuántico. Lo realmente curioso es que la función de ondas de un campo cuántico equivale a un sístema de partículas cuánticas con un número no fijo (por eso no valen las funciones que te puesto arriba que sólo son válidas cuando sabemos que ninguna partícula se va a desintegrar en otras partículas (todo esto respetando la conservación del valor cuántico del momento lineal, la energía, etc...pero no el número de partículas

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Expreso mi punto de vista, pero hay diferentes interpretaciones, las que te han contado en los post anteriores no tienen por qué ser incorrectas. La llamada escuela de Copenhague no se plantea dónde está la páticula, somos nosotros al medirla los que la encontramos en una posición definida, cuando no la observamos, no nos planteamos qué clase de ente es una partícula, se representa por una función de ondas (una sóla función para todas las partículas.

A base de repetir experimentos los resultados se acercan a la función de ondas ( la probabilidad de encontrar a las particulas en las posiciones realmente es el módulo al cuadrado, porque el valor de la función de ondas en la posición de cada partícula es un numero complejo). Si sólo te planteas dónde se encuentra la partícula cuando haces la medida, que a efectos prácticos es lo que se suele medir, y lo que suele tener importancia. Es dificil hacer experimentos para ver cuál de las interpretaciones es la correcta, si lo es alguna de ellas. La computación cuántica, si se llega a poder desarrolla, podrá arrojar algo de luz sobre el tema. Tú tienes una función de todos los estados posibles del sistema. Es decir si hay 2 partículas, la función de ondas será$\psi(x_1,y_1,z_1,x_2,y_2,z_2,t)$ donde los subindices representan las particulas . Es decir $|\psi|^2$ te da la probabilidad de encontrar la partícula 1 en $x_1,y_1,z_1$, y la 2 en $x_2,y_2,z_3$. Evidentemente se puede generalizar a 3,4 y cualquier número finito

La ec. de Schrödinger se puede ver como un campo en el espacio si hay una sóla partícula, si hay varias ya no, es una función del tiempo y de 3n variables para n partículas, no de las variables x, y z, como te expresado arriba, así que visualizarlo como una onda como una sóla partícula nos favorece la intuición, pero si no no.

Incluso cuando se cuantizan los campos, que es la visión más general y posible del estado de un sistema físico hay un valor de $\psi$ para todos los valores de los campos, y eso es equivalente a superposiciones de estados con determinadas partículas (las del modelo estándar), pero eso ya es teoría cuántica de campos,que es aplicar las reglas de la cuántica pero en vez de tomar variables de$\psi$ los valores de las partículas, $\psi$es una función de infinitas variables, un valor del campo para cada punto del espacio, que pueden estar superpuestos linealmente y al igual que ocurre con las partículas no tener un valor hasta que no se ha medido. Las teorías de campos es el estudio más avanzado de un sistema físico a nivel global, aunque no se ha conseguido de momento (hay propuestas pero no comprobaciones experimentales) , incluir la fuerza gravitatoria que cotidianamente la observamos en la caida de objetos y en la atracción en el movimiento planetario, a nivel macroscópico. De todas formas, a nivel atómico e inferiores distancias características del sistema la gravedad es muy debil (es en parte por eso que se hace dificil llegar a hacer experimentos para detectar la gravedad a nivel cuántico. Lo realmente curioso es que la función de ondas de un campo cuántico equivale a un sístema de partículas cuánticas con un número no fijo (por eso no valen las funciones que te puesto arriba que sólo son válidas cuando sabemos que ninguna partícula se va a desintegrar en otras partículas (todo esto respetando la conservación del valor cuántico del momento lineal, la energía, etc...pero no el número de partículas

En resumen, si no te planteas que la función de estado represente el estado físico del sistema, y que sólo tiene valores cuando se fuerza a medir, el problema de la interpretación es que tienes que aceptar que los aparatos macroscópicos si tienen posiciones y cuerpos definidos, y eso se ve con el famoso principio de incertidumbre, si tus errores en 2 magnitudes conjugadas del aparato$\delta_p$ $\delta_x$ cumplen $\delta p \cdot\delta x\gg \hbar$ , los errores no te van a permitir distinguir los distintos resultados cuánticos. El problema de esta interpretación es que en qué momento un aparato deja de ser clásico, pero es la más sencilla de explicar. Por supuesto que aunque a efectos prácticos funciona, tiene una cierta inconsistencia lógica, la que te he dicho en qué valores de $\delta p \cdot\delta x$ deja de ser el aparato clásico, pero cuando se trabaja en laboratorios, se supone así . En la práctica, no solemos tratar en física con esos valores que se quedan a caballo entre el objeto macroscópico clásico y el microscópico cuántico, teniendo a efectos prácticos cada uno claramente definido en una u otra clase. El problema es cuando nos planteamos paradojas como la del gato de Schrödinger (experimento mental dificilmente realizable, puesto que hasta el momento de abrir la caja aislada no podemos saber en qué estado está, si vivo o muerto, y según esta interpretación debería estar vivo y muerto que para nuestra consciencia es indeferente pero el gato no puede estar vivo y muerto a la vez según su consciencia-si está muerto no la tiene) dónde un objeto macroscópico está con una función de ondas \$psi(x)$, donde la variable x representa gato vivo, gato muerto(obviamente es una simplificación, un ser vivo o muerto puede estar en una gran cantidad de estados diferentes, pero lo cierto es que hasta que la caja no se abre las variables no pueden tomar valores reales

[visitante20160513]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Entender el significado de la función de onda no es difícil, en esencia es una distribución espacial de la probabilidad de encontrar una partícula en una determinada región del espacio. Eso es fácil de entender. Entender el hecho demostrado de que las partículas elementales pueden comportarse como ondas, tiene un tocao, pero también puede entenderse, ahora bien cuando los señores cuánticos nos dicen que una partícula puede estar a la vez en dos sitios distintos y comportarse como dos fuentes de ondas distintas que producen interferencias entre sí entonces la cosa ya cambia. Eso es lo que viene a decirnos el famoso experimento de la rendija realizado por primera vez por Young y repetido hasta la saciedad en nuestros días corroborando los resultados, si es que al fin he conseguido interpretarlo correctamente. Eso no hay quien lo entienda, pero por lo que sabemos es un hecho irrefutable y no hay nada que discutir al respecto.

Salu2, Jabato.

[Everett IV]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Hola CarlosLuque: te voy a explicar lo que yo he creído entender de este interesante punto que planteas, pero no descarto que esté yo equivocado (no soy físico, sólo soy ; por lo tanto, yo creo que sigue sin ser una “onda física” (otra vez, no corresponde a algo real, concreto), sino más bien es una “onda de información”. Suena alucinante ¿no? Pero toda la teoría cuántica es alucinante.

Lo de sí es una onda real (nunca en el espacio físico, sino de configuraciones$x_1,x_2,x_3,y_1,y_2,y_3$ donde x ey representan 2 particulas y 1,2,3 sus coordenadas en cada eje) depende de las interpretaciones. En Wikipedia hay buena información sobre las distintas interpretaciones, https://es.wikipedia.org/wiki/Interp..._cu%C3%A1ntica, te lo digo que es fiable porque soy licenciado en Físicas, otras páginas de Wikipedia son muy poco de fiar, en Física y en otros temas.

Saludos

[carroza]

Re: Duda acerca de como interpretar la dualidad partícula - campo ondulatorio...

Si es correcta la afirmación de que un electrón no es un punto (tengo la información de la dualidad del comportamiento onda-partícula) "sino una vibración ondulatoria que lo llena armónicamente", mi pregunta es: ¿qué es esa vibración ondulatoria, de qué está hecha?¿Es energía continua, un continuo no discreto, extenso?¿Cómo se puede interpretar esa afirmación, si es posible, no matemáticamente, sino para las posibilidades del sentido común?

Hola. Lo esencial para entender el electrón, es comprender el concepto de campo.

Espero que estés familiarizado con el campo electromagnético (la luz). Está compuesto de campos eléctricos y magnéticos, que llenan todo el espacio, que tienen energía, que pueden tener interferencias, etc. En física el comportamiento del campo electromagnético viene dado por unas ecuaciones, las ecuaciones de maxwell. Estas ecuaciones provienen de una cosa que se llama la densidad lagrangiana.

Hasta aquí sería la descripción de un campo clásico. Si introducimos la cuántica, entonces obtenemos que las propiedades del campo pueden describirse a partir de unas cosas, que llamamos fotones, que en ciertas circunstancias se comportan como partículas.

Para los electrones tenemos lo mismo. Partimos de un campo electrónico, que llena todo el espacio, que tiene energía, que puede tener interferencias, etc. Este campo electrónico viene determinado por unas ecuaciones que provienen de una cosa que se llama la densidad lagrangiana.

Al introducir la cuántica (que es esencial para el campo electrínico), encontramos que las propiedades del campo electrónico pueden describire a partir de unas cosas, que llamamos electrones (y sus antiparticulas, los positrones), que en ciertas circunstancias se comportan como particulas.

Las ecuaciones que describen este campo electrónico, en el límite no relativista, y para campos electricos estáticos, son equivalentes a la ecuación de Schrodinger.


Un saludo