¿Qué es la dualidad onda-partícula? La dualidad onda-partícula significa que una sustancia tiene características tanto de onda como de partícula. La dualidad onda-partícula es un concepto importante en la mecánica cuántica. Explicación de las partículas vibrantes: teoría cuántica de la unificación onda-partícula (Deng Yu et al.) Vibración + traducción de partículas de cuerda en vibración = partículas onduladas En la mecánica clásica, los objetos de investigación siempre se dividen claramente en dos categorías: ondas y partículas. Un ejemplo típico de lo primero es la luz, mientras que lo segundo constituye lo que solemos llamar "materia". En 1905, Einstein propuso una explicación cuántica de la luz del efecto fotoeléctrico y la gente empezó a darse cuenta de que las ondas de luz tienen propiedades duales tanto de ondas como de partículas. En 1924, de Broglie propuso la hipótesis de la "materia onda", argumentando que toda la materia, como la luz, tiene dualidad onda-partícula. Según esta hipótesis, los electrones también sufrirán fluctuaciones como interferencias y difracción, lo que fue confirmado por experimentos posteriores de difracción de electrones. [Editar este párrafo] La relación matemática unificada entre "onda" y "partícula" La teoría cuántica de las partículas vibrantes explica que la naturaleza partícula de la materia se caracteriza por la energía e y el momento p, mientras que las características de las ondas están representadas por la frecuencia de las ondas electromagnéticas. ν y su longitud de onda λ. Los factores de escala de estos dos conjuntos de cantidades físicas están conectados por la constante h de Planck (h = 6,626 * 10-34J s). E = HV, E = MC 2 son simultáneos, obtenemos: M = HV/C ^ 2 (esta es la masa relativista del fotón, por lo que los fotones no tienen masa en reposo porque no pueden ser estacionarios), p = mc es la partícula onda Ecuación de onda diferencial parcial de una onda plana unidimensional (P es el momento). Su forma general es эξ/эξ x = (1/u) (эξ/эξ) 5. La ecuación de onda clásica para ondas de partículas planas que se propagan en el espacio tridimensional es эξ/эξ x +⭝ξ/⭝ Es decir, las sumas vectoriales de traslación y vibración son diferentes. Uno es un medio continuo, el otro es una partícula localizada y ambos pueden tener fluctuaciones. (Deng Yu et al., 1980) U en la ecuación de onda clásica 1, 1' o 4-6 implica la relación cuántica discontinua E=hυ y la relación de De Broglie λ = H, lo que resulta en u = (υ h) ( λ /h) = e/p unifica la conexión entre física clásica y física cuántica, continuidad y discontinuidad (localidad). 2. La unificación de las ondas de partículas y las ondas de materia de De Broglie. La relación de De Broglie λ = h/p, la relación cuántica E = hυ (y la ecuación de Schrödinger reemplazan la dicotomía de granularidad y ondas, las ondas de materia de De Broglie es la fluctuación). de partículas materiales reales, fotones, electrones, etc. [Editar este párrafo] Nueva interpretación de la mecánica cuántica: La teoría cuántica de cuatro dimensiones en la película de Hawking es similar a la "teoría de cuerdas" de 10 u 11 dimensiones = cuerdas que vibran y vibraciones similares cuerdas. Objetos diminutos. Interpretación moderna de la teoría cuántica del mundo de cuatro dimensiones en la membrana de Hawking (Deng Yu et al., 1980): vibración cuántica (onda cuántica = onda fantasma cuántica) = vibración de partículas diminutas en traslación; partículas como cuánticas (partículas) El objeto está oscilando Onda cuántica = onda cuántica = traducción de partículas + vibración = traducción + vibración = Explicación de Deng de las ondas fantasma vectoriales y cuánticas: onda vectorial y de partículas de traducción y vibración de partículas (cuánticas), onda cuántica. = vibración de partículas (traducción de vibración de partículas) [Editar este párrafo] A finales del siglo XIX, la teoría atómica madura se hizo popular gradualmente. Según la teoría atómica, toda la materia está compuesta de partículas diminutas, por ejemplo, la electricidad, como se pensaba inicialmente. El experimento de rayos catódicos de Thompson demostró que está formado por partículas llamadas electrones. Por lo tanto, se cree que la mayor parte de la materia está formada por partículas. Las ondas también se consideran otra forma de existencia de la materia, incluida la interferencia. y difracción Debido al experimento de interferencia de doble rendija de Thomas Young y las propiedades de la luz en la difracción de Fraunhofer, quedó claro que se trataba de una fluctuación. Sin embargo, a principios del siglo XX, esta visión enfrentó algunos desafíos. , demostrando el lado partícula de la luz. Posteriormente, se predijo y confirmó la difracción de electrones. Esto reveló el lado onda-partícula del electrón, que originalmente se pensó que era una partícula y finalmente fue descubierto por la mecánica cuántica a principios del siglo XX. Establecida y resuelta, esta es la llamada dualidad onda-partícula que proporciona un marco teórico que permite que cualquier sustancia exhiba estas dos propiedades en circunstancias específicas. , puede describirse mediante una ecuación diferencial, como la ecuación de Schrödinger. La solución de esta ecuación es la función de onda, que describe el estado de las partículas. Las funciones de onda están superpuestas, es decir, pueden interferir y difractarse entre sí. como las ondas. La función de onda también se interpreta como una descripción de la magnitud de probabilidad de que una partícula aparezca en un lugar específico. De esta manera, las partículas y las ondas se unifican en la misma interpretación.

La razón por la que las fluctuaciones de los objetos no se pueden observar en la vida diaria es porque su masa es demasiado grande, lo que hace que la longitud de onda característica sea mucho menor que el límite observable, por lo que la escala de las fluctuaciones puede estar más allá del alcance de la experiencia de la vida diaria. Por eso la mecánica clásica explica satisfactoriamente los "fenómenos naturales". En el caso de las partículas elementales, por el contrario, su masa y tamaño determinan su comportamiento, que en gran medida se describe mediante la mecánica cuántica, que dista mucho de lo que estamos acostumbrados. [Editar este párrafo] Huygens y Newton, teoría temprana de la luz La primera teoría integral de la luz fue desarrollada por Christian Huygens. Propuso la teoría ondulatoria de la luz, explicando cómo las ondas de luz forman frentes de onda y se propagan en línea recta. Esta teoría también explica bien el fenómeno de la refracción. Sin embargo, la teoría tropezó con dificultades en otros aspectos. Así que fue rápidamente superada por la teoría de partículas de Isaac Newton. Newton creía que la luz estaba compuesta de partículas diminutas, por lo que podía explicar el fenómeno de la reflexión de forma natural. Y con un poco de esfuerzo podría explicar el fenómeno de refracción de la lente, que divide la luz del sol en arco iris a través de un prisma. Debido al incomparable estatus académico de Newton, nadie se atrevió a desafiar su teoría durante más de un siglo, y la teoría de Huygens fue gradualmente olvidada. No fue hasta el descubrimiento del fenómeno de la difracción a principios del siglo XIX que se volvió a comprender la teoría ondulatoria de la luz. Sin embargo, el debate entre la naturaleza ondulatoria y partícula de la luz nunca se ha resuelto. [Edite este párrafo] y Augustin-Jean Fernier a principios del siglo XIX a través de los experimentos de interferencia de doble rendija demostrados por Fernier, Maxwell y Young, que proporcionaron una base experimental para la teoría de Huygens: estos experimentos demostraron que cuando la luz pasa a través del mallado, Se puede observar un patrón de interferencia que es muy similar al comportamiento de interferencia de las ondas del agua. Además, a partir de estos patrones se puede calcular la longitud de onda de la luz. A finales de siglo, James Clerk Maxwell dio un conjunto de ecuaciones que revelaban las propiedades de las ondas electromagnéticas. El resultado de la ecuación es que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es la velocidad de la luz, lo que hace que la luz como explicación de las ondas electromagnéticas sea ampliamente aceptada y la teoría de Huygens ha sido recomprendida. [Editar este párrafo] Einstein y los fotones En 1905, Einstein propuso una teoría sobre el efecto fotoeléctrico, que resolvía fenómenos experimentales que no podían ser explicados por la anterior teoría ondulatoria de la luz. Introdujo el concepto de fotones, que son cuantos que transportan energía luminosa. En el efecto fotoeléctrico se observa que un haz de luz que incide sobre determinados metales produce una determinada corriente en un circuito. Se puede inferir que la luz arranca electrones del metal y los hace fluir. Pero al mismo tiempo, se observó que en algunos materiales, incluso un débil haz de luz azul puede generar una corriente eléctrica, pero no se puede extraer corriente de él, por muy fuerte que sea la luz roja. Según la teoría ondulatoria, la intensidad de la luz corresponde a la energía que transporta, por lo que, por supuesto, una luz intensa puede proporcionar una energía más fuerte para eliminar los electrones. Sin embargo, la realidad es exactamente la contraria. Einstein lo explicó como un efecto de cuantificación: los fotones eliminan los electrones del metal, y cada fotón tiene una parte de energía E, correspondiente a la frecuencia de la luz ν: E = H ν, donde H es la constante de Planck (6,626 x 10 -34JS). El color del haz depende de la frecuencia de los fotones, mientras que la intensidad depende del número de fotones. Debido al efecto de cuantificación, cada electrón sólo puede aceptar la energía del fotón en su conjunto, por lo que sólo los fotones de alta frecuencia (luz azul, no luz roja) tienen la capacidad de eliminar electrones. Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921 por su teoría del efecto fotoeléctrico. [Editar este párrafo] Ecuación del efecto fotoeléctrico Debido a que E = HV, este haz de luz brilla sobre el átomo y el electrón absorbe parte de la energía, superando así la función de trabajo y escapando del átomo. La energía cinética de un electrón ek = HV-wo, donde wo es la función de trabajo requerida para que el electrón escape del átomo. Esta es la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico. [Editar este párrafo] Hipótesis de De Broglie En 1924, Louis-Victor de Broglie notó que el movimiento estable de los electrones en los átomos debe describirse mediante números enteros y construyó la hipótesis de De Broglie, que es similar a otros aspectos de la física que involucran números enteros. fenómenos como interferencias y modos normales de vibración. Así como la luz tiene dualidad onda-partícula, las partículas físicas también tienen dualidad onda-partícula. Relacionó esta longitud de onda λ con el momento p: λ = h/p, que es una generalización de la ecuación de Einstein, porque el momento del fotón es p = E/c (c es la velocidad de la luz en el vacío), λ = c /ν. La ecuación de De Broglie fue probada tres años más tarde mediante dos experimentos independientes de dispersión de electrones. Clinton Joseph Davison y Lester Halbert Germer dispararon un haz de electrones de baja velocidad contra un único cristal de níquel en los Laboratorios Bell. Los electrones son difractados por el monocristal y la longitud de onda del electrón medida se ajusta a la fórmula de De Broglie.