Dualidade onda-corpúsculo

Como apreender a dualidade
onda-partícula?

O mundo do extremamente pequeno (mundo de partículas como o elétron, o fóton, o próton, o átomo, etc.) não é acessível por nossos órgãos de percepção, incluindo o cérebro.
Nenhuma imagem, nenhuma interpretação pode representar o real do mundo quântico, mesmo as palavras de nossa linguagem são aproximadas para descrever fenômenos quânticos.
Tudo o que pode ser dito e mostrado sobre essa realidade é falso, mas mesmo assim vou tentar dar uma ideia desse conceito fundamental da física quântica que é a dualidade onda-partícula (este termo agora está obsoleto porque teríamos que falar sobre campos).
Em mecânica quântica, parece que uma partícula é tanto um corpúsculo quanto uma onda, essa não é a única estranheza, mas as outras (superposição quântica, emaranhamento quântico ou mesmo não- localidade) derivam deste.
O que esta afirmação nos diz é que qualquer partícula elementar pode ser vista como um corpo sólido concreto, mas também como uma onda que é um conceito abstrato, há uma paradoxo.
O estado de uma partícula descreve todos os aspectos desta partícula, ou seja, o conjunto de conhecimentos (velocidade, momento angular, posição, energia, etc.), que podemos obter sobre a partícula se fizermos medições experimentais sobre ela.
Então, vamos ver o que o famoso experiência chamada experiência da dupla fenda de Young nos diz.
O vídeo ao lado descreve essa experiência de uma forma moderna.

1 - Quando enviamos corpúsculos (sólidos) em uma parede com duas fendas, cada corpúsculo passa por uma ou outra fenda, salta em todas as direções e pontos de impacto marcam a tela um pouco onde, atrás das fendas.
2 - Quando uma onda é enviada nesta mesma parede, a onda passa pelas duas fendas e a passagem pelas fendas cria duas pequenas ondas que serão sobrepostas, em alguns lugares elas se somam e em outros se separam. de interferência aparecem na tela.
3 - Quando você envia um objeto quântico, ele passa pelas duas fendas, interfere como uma onda, mas quando atinge a tela, de repente se reduz a um ponto, mais ou menos onde as duas pequenas ondas se somam . Após um grande número de testes, os impactos aparecem como com corpúsculos e franjas de interferência como com ondas.
4 - Mas se adicionarmos um observador para saber por qual fenda a partícula passa, a onda agora se reduz a um corpúsculo ao nível das fendas e só passa por uma fenda de cada vez. Em seguida, medimos na tela pontos de impacto e não de interferência.
O observador modificou a experiência com sua presença!
Se queremos determinar o estado de um sistema quântico, devemos observá-lo, mas essa observação tem o efeito de destruir o estado em questão.

Como interpretar esta experiência?

A escala da física quântica é tão pequena que é impossível ver um objeto quântico como vemos uma onda ou um balão na praia.
Por exemplo, o tamanho de um átomo de hidrogênio é 53 pm (53 x 10-¹² metro), podemos alinhar 10 milhões de átomos em um milímetro.
Portanto, ver para um físico não é ver, mas medir ou detectar algo com base nas ferramentas que ele construiu.
O experimento de Young nos mostra que quando medimos um objeto quântico ele muda sua natureza. Às vezes é um corpúsculo, às vezes é uma onda e, além disso, depende do aparelho de medição ou do observador.
O que o experimento da fenda de Young também nos diz é que, quando o objeto quântico está livre de qualquer ambiente, ele aparece como uma onda. Mas se o ambiente (tela, parede, observador ou mesmo moléculas de ar) o força a interagir, o objeto, ou melhor, sua energia é subitamente reduzido a um ponto e assume a aparência de um corpúsculo.
Notamos na tela que a frente de onda não é reduzida em nenhum lugar, é reduzida onde a onda é intensa, ou seja, nas cristas ou nos vales. Em outras palavras, a probabilidade de redução é maior na parte superior e inferior da onda do que nas encostas. É ainda zero onde as ondas estão em oposição de fase. O mais surpreendente é que em um grande número de medições, se enviarmos as partículas uma a uma, ao final, apesar da redução do pacote de ondas, obtemos franjas de interferência.

Uma explicação foi proposta em 1927 por Max Born (1882 - 1970).
A partícula é uma onda de probabilidade.
Essa terrível definição mostra a dificuldade que encontramos quando queremos falar sobre objetos quânticos.
Em termos mais simples, é a amplitude de uma onda em uma determinada posição que prediz a probabilidade de que a partícula esteja nessa posição. Uma amplitude alta não significa que é onde a partícula está, mas é onde é mais provável que ela seja encontrada (depois que o pacote de onda é reduzido).
Em resumo :
Na mecânica quântica, não podemos saber se a partícula está em um local específico do espaço, mas qual é a probabilidade de que ela esteja lá.
Ela só terá uma posição se tiver que interagir com o ambiente, antes ela não tem posição, ela está em toda parte e sua natureza é ondulatória. Exatamente como um fóton emitido por uma estrela. Embora tenha viajado livremente por milhões de anos, como uma onda, ela morrerá ao atingir sua retina, com a qual interagirá.
As equações da mecânica quântica se tornam surpreendentemente precisas quando você aceita que elas são probabilidades.
Toda a matéria que compõe o universo (estrelas, planetas, você, eu) é composta de átomos e partículas subatômicas governadas pela probabilidade, não pela certeza.

Imagem: Nesta imagem de cerca de 5 milionésimos de milímetro podemos contar 48 átomos de ferro que se comportam como ondas.
Na realidade, não vemos os átomos, mas a representação pictórica no visível que o olho pode interpretar, a partir da medição de correntes elétricas muito pequenas que passam pela ponta de um microscópio de tunelamento de varredura movendo-se sobre os átomos.
© IBM Almaden Visualization Lab