Имеет ли электрон в форме волны массу?

Мне не очень нравится вся эта история с корпускулярно-волновым дуализмом, потому что она затемняет более поразительную правду о частицах: иногда они не волны, а иногда частицы, и они также иногда не трансформируются в волны, прежде чем преобразоваться в частицы, они что-то совершенно другое.

Это похоже на историю о слепых и слоне : группа слепых пытается описать слона на ощупь, но каждый трогает разные части слона. Человек, который касается бока слона, говорит, что он похож на грубую стену, человек, который касается его ноги, говорит, что он похож на столб, человек, который касается его хвоста, говорит, что он похож на веревку, и так далее. Все люди, конечно, правы, но у них просто неполные представления о слоне, потому что они не могут увидеть его полный характер.

Точно так же, когда мы наблюдаем за поведением таких вещей, как электроны или фотоны, мы иногда думаем, что они действуют как частицы, а иногда что они действуют как волны. Но на самом деле они не волны и не частицы, а нечто новое, обладающее свойствами того и другого ; дело только в том, что во многих случаях только их корпускулярное или волнообразное поведение имеет отношение к их поведению, и поэтому мы относимся к ним как к таковым. Таким образом, хотя фраза «дуализм волна-частица» может создать впечатление, что частицы могут стать волнами (отсюда и ваш вопрос), на самом деле существует некий странный объект, который всегдаобладает свойствами как частиц, так и волн, только одно из которых может быть легко наблюдаемым в некоторых случаях, и вопрос о том, куда уходит масса электрона, когда он становится волной, на самом деле не применим, поскольку он вообще не становится волной. .

РЕДАКТИРОВАТЬ: Стоит отметить, как указала Анна, что волнообразный характер объектов не совсем такой же, как у обычной волны, поскольку на самом деле нет никакой физической субстанции, которая колеблется в каком-либо реальном смысле. Вместо этого «волна» - это функция вероятности, которая присваивает вероятность каждой точке пространства, представляя вероятность обнаружения там частицы; так уж получилось, что эта функция принимает математическую форму волны. Это глубокая тема, поэтому я отсылаю вас к ответу Анны для получения дополнительной информации.

Волны квантовой механики — это волны вероятности. Решения уравнений квантовой механики представляют собой волновые функции, а квадрат волновой функции дает вероятность найти частицу в точке$(x,y,z,t)$.

Вот почему решениями для электронов в поле ядра являются не орбиты, а орбитали , т. е. распределения вероятностей.

Двойственность волновых частиц для частиц с массой говорит о том, что они ведут себя как классические частицы при макроскопическом обнаружении, как на этом изображении в пузырьковой камере , или как волны вероятности при рассмотрении на малых расстояниях, соизмеримых с$\hbar$. Для фотонов корпускулярная природа проявляется в фотоэффекте, а формализм волны вероятности строит классическую электромагнитную волну той же частоты.

Кажется, вы неправильно поняли корпускулярно-волновой дуализм.

Что происходит в эксперименте с двумя щелями, так это то, что электроны ударяются о экран, как если бы они были частицами. Но и они мешают, как волны. Таким образом, вы можете видеть поведение волны-частицы.

Но это не говорит о том, что электрон разрушается, становится волной, а затем снова частицей (как вы, кажется, думаете).

Но волна является формой чистой энергии и не проявляет свойств массы, как экспериментальная дифракция.

НЕТ, волны не являются чистой энергией (например, звуковые волны имеют массу). Может быть, вы поняли, что это должна была быть электромагнитная волна?

Кстати, я думаю, что корпускулярно-волновой дуализм производит неверное впечатление, поскольку это не классическая волна, и ее можно объяснить, используя только частицы. Смотрите мой ответ здесь .

По сути, волновой эффект обусловлен вероятностным поведением в квантовой механике, поэтому его можно объяснить с помощью волновой функции . Но мы можем предсказать все, используя частицы, а не волны.

Вам просто нужно учитывать, что электроны проходят через обе щели, и суммировать вклад каждого пути:

Дуальность волна-частица становится важной, когда вы имеете дело с микроскопическим масштабом, где становится актуальной квантовая механика, и вам приходится отбросить привычное представление о частице и волне. Так что не ожидайте, что вы свяжете понятие «частицы» или/и «волны», которое вы обычно получаете, изображая мраморную или водную волну из окружающего вас классического мира.

Точечная частица — это концепция бесструктурной, безразмерной сущности, которая существует только сама по себе, но не имеет внутренней структуры, поэтому вы не можете ожидать, что электрон будет изображен в виде мраморного шара. А волна — это концепция всего, что является функцией пространства и времени, будь то что-то физическое или чисто математическое. Поэтому, когда мы говорим о «дуализме волна-частица», мы на самом деле имеем в виду, что в микроскопическом мировом масштабе — скажем, для избрания, это на самом деле не волна или частица одновременно или ни то, ни другое, скорее мы подразумеваем, что она ведет себя как частица в каком-то эксперименте и ведет себя как волна в некоторых других экспериментах в зависимости от условий. Быть частицей или волной в корне отличается от того, чтобы вести себя какчастица или волна. более того, мы действительно не знаем, что такое электрон на самом деле, подробности см . в «Фейнмановских лекциях по физике» .

Итак, мы потребовали, чтобы волновая функция лучше всего описывала природу электрона в квантовой механике. Но когда мы работаем с квантовой теорией поля, мы описываем фундаментальные частицы как квантовое поле, и ни волновая функция, ни квантовое поле не являются физическими вещами, которые вы можете измерить или изобразить или связать с чем-либо своим классическим аналогом. Это математические абстракции, которые помогают физику описать природу фундаментальных частиц в субатомных масштабах и их взаимодействия. Надеюсь это поможет.

Электрон сопровождается волнами, поэтому все еще существует электрон, который имеет массу. Надеюсь, это решит вашу проблему.

Посмотрите, что говорит де Бройль в своей Нобелевской лекции 1929 года (это выдержка):

Таким образом, я пришел к следующему общему понятию, которым я руководил в своих исследованиях: как для вещества, так и для излучений, в частности для света, необходимо одновременно ввести понятие корпуса и понятие волны. Другими словами, существование корпускул, сопровождаемых волнами, следует допускать во всех случаях. Однако, поскольку корпускулы и волны не могут быть независимыми, так как, по выражению Бора, они составляют две дополняющие друг друга силы реальности, должна быть возможность установить определенный параллелизм между движением корпускулы и распространением связанной с ней волны.

---

Ограничимся здесь рассмотрением общего значения полученных результатов. Подытоживая значение волновой механики, можно сказать, что: «Каждой корпускуле должна быть связана волна, и только изучение распространения волны даст нам информацию о последовательных положениях корпускулы в пространстве». В обычных крупномасштабных механических явлениях ожидаемые положения лежат вдоль кривой, которая является траекторией в общепринятом значении этого слова. Но что произойдет, если волна не будет распространяться по законам оптической геометрии, если, скажем, будут интерференция и дифракция? Тогда уже невозможно приписать корпускуле движение, соответствующее классической динамике, это несомненно. Можно ли еще предположить, что в каждый момент корпускула занимает в волне вполне определенное положение и что волна в своем распространении увлекает за собой корпускулу так же, как волна увлекала бы за собой пробку? Это трудные вопросы, и обсуждение их завело бы нас слишком далеко и даже в пределы философии. Все, что я скажу о них здесь, это то, что в настоящее время вообще существует тенденция предполагать, что корпускуле не всегда возможно приписать четко определенное положение в волне. Я должен ограничиться утверждением, что при проведении наблюдения, позволяющего локализовать корпускулу,

Услышать от Бройля о вмешательстве:

Если мы рассмотрим облако корпускул, связанное с одной и той же волной, интенсивность волны в каждой точке пропорциональна плотности облака в этой точке (т. е. количеству корпускул в единице объема вокруг этой точки). Эта гипотеза необходима для объяснения того, как в случае интерференции света световая энергия концентрируется в точках, где интенсивность волны максимальна: если на самом деле предполагается, что световая энергия переносится световыми корпускулами, фотонами, то плотность фотонов в волне должна быть пропорциональна интенсивности.

Так называемая Копенгагенская интерпретация избегает вопроса о том, является ли электрон частицей или волной. Этот вопрос прямо не разрешен. По сути, волновая функция — это инструмент теории, не имеющий физического смысла. Согласно КИ, цель теории состоит только в том, чтобы делать прогнозы относительно результатов конкретного эксперимента. В случае эксперимента с двумя щелями мы можем спросить: какова вероятность того, что данный детектор на экране будет активирован? Теория дает точный ответ на этот вопрос. Но вопрос: как ведет себя электрон? не относится к конкретной экспериментальной ситуации.

1. масса = энергия (на самом деле масса - это форма энергии), поэтому все, у кого есть энергия (волна), также имеет массу
2. если вы сожмете всю волну в очень маленьком месте, вы получите цельный предмет (как и вы).
3. если вы сожмете твердое тело (как вы снова) в очень маленьком месте, вы получите черную дыру