Dualidad onda corpúsculo
La dualidad onda-partícula es quizás uno de los conceptos más confusos de la física, porque es muy diferente a todo lo que vemos en el mundo ordinario.
Los físicos que estudiaron la luz en los años 1700 y 1800 discutieron sobre si la luz estaba formada por partículas u ondas. La luz parece hacer ambas cosas. A veces, la luz parece ir sólo en línea recta, como si estuviera hecha de partículas. Pero otros experimentos demuestran que la luz tiene una frecuencia y una longitud de onda, como una onda de sonido o de agua. Hasta el siglo XX, la mayoría de los físicos pensaban que la luz era una cosa o la otra, y que los científicos del otro lado de la discusión estaban simplemente equivocados.
Situación actual
Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton y Niels Bohr trabajaron en este problema. La teoría científica actual es que todas las partículas actúan a la vez como ondas y como partículas. Esto se ha comprobado para las partículas elementales y para las partículas compuestas como los átomos y las moléculas. En el caso de las partículas macroscópicas, debido a sus longitudes de onda extremadamente cortas, las propiedades ondulatorias no suelen poder detectarse.
Experimento
En 1909, un científico llamado Geoffrey Taylor decidió que iba a resolver esta discusión de una vez por todas. Tomó prestado un experimento inventado anteriormente por Thomas Young, en el que se hacía pasar la luz a través de dos pequeños agujeros situados uno al lado del otro. Cuando la luz brillante era proyectada a través de estos dos pequeños agujeros, se creaba un patrón de interferencia que parecía demostrar que la luz era en realidad una onda.
La idea de Taylor fue tomar una foto de la luz que salía de los agujeros con una cámara especial que era inusualmente sensible a la luz. Cuando la luz brillante brillaba a través de los agujeros, la foto mostraba un patrón de interferencia, tal y como Young había mostrado antes. A continuación, Taylor redujo la luz a un nivel muy tenue. Cuando la luz era lo suficientemente tenue, las fotos de Taylor mostraban pequeños puntos de luz que se dispersaban fuera de los agujeros. Esto parecía demostrar que la luz era realmente una partícula. Si Taylor dejaba que la luz tenue brillara a través de los agujeros durante el tiempo suficiente, los puntos acababan llenando la foto para formar de nuevo un patrón de interferencia. Esto demostraba que la luz era, de alguna manera, tanto una onda como una partícula.
Para hacer las cosas aún más confusas, Louis de Broglie sugirió que la materia podría actuar de la misma manera. Los científicos realizaron entonces estos mismos experimentos con electrones, y descubrieron que también los electrones son, de alguna manera, tanto partículas como ondas. Los electrones pueden utilizarse para realizar el experimento de la doble rendija de Young.
Hoy en día, estos experimentos se han realizado de tantas maneras diferentes por tantas personas diferentes que los científicos simplemente aceptan que tanto la materia como la luz son de alguna manera tanto ondas como partículas. Los científicos aún no están seguros de cómo puede ser esto, pero están bastante seguros de que debe ser cierto. Aunque parece imposible entender cómo algo puede ser a la vez una onda y una partícula, los científicos tienen una serie de ecuaciones para describir estas cosas que tienen variables tanto para la longitud de onda (una propiedad de onda) como para el momento (una propiedad de partícula). Esta aparente imposibilidad se denomina dualidad onda-partícula.
Teoría básica
La dualidad onda-partícula significa que todas las partículas muestran propiedades tanto de onda como de partícula. Se trata de un concepto central de la mecánica cuántica. Los conceptos clásicos de "partícula" y "onda" no describen completamente el comportamiento de los objetos a escala cuántica.
Las partículas como ondas
Un electrón tiene una longitud de onda llamada "longitud de onda de Broglie". Se puede calcular mediante la ecuación
λ D = h ρ {\displaystyle \lambda _{D}={frac {h}{rho }} 
λ D {\displaystyle \lambda _{D}}
es la longitud de onda de de Broglie.
h {\displaystyle h}
es la constante de Planck
ρ {\displaystyle \rho } 
es el momento de la partícula.
Esto hizo que la idea de que los electrones en los átomos muestran un patrón de onda estacionaria.
Las ondas como partículas
El efecto fotoeléctrico muestra que un fotón de luz que tiene suficiente energía (una frecuencia suficientemente alta), puede hacer que se libere un electrón de la superficie de un metal. En este caso, los electrones se denominan fotoelectrones.
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