ONDAS Y PARTÍCULAS

 

En los apartados anteriores se han expuesto propiedades de las ondas mecánicas estudiadas en el marco de la física clásica.  En este paradigma el modelo corpuscular de propagación de la energía y el modelo ondulatorio son diferentes e incompatibles entre sí.

 

 

Las ondas tienen bastantes propiedades específicas (por ejemplo, difracción, interferencias, efecto Doppler,..) que, según el punto de vista de la física clásica, no pueden tener las partículas, y estas propiedades deberían servir para diferenciar los dos procesos. Así, por ejemplo, al atravesar una rendija:

Si lo hace un chorro de partículas (dibujos de arriba) no se producirá difracción. Casi todas seguirán en línea recta después de pasar por la rendija y al incidir en una pantalla deben producir un máximo de intensidad enfrente de la abertura y disminuir bruscamente dicha intensidad al alejarnos de esa zona.

En cambio, si lo hace una onda y el tamaño de la rendija es del orden de magnitud de la longitud de onda (dibujos de abajo), se producirá difracción y la intensidad recibida en una pantalla se debe distribuir por ella de una forma más homogénea.
 

En algunos casos es sencillo verificar que se cumplen éstas y otras predicciones experimentales que, según la física clásica, deberían permitir diferenciar las ondas de un chorro de partículas viajeras. Por ejemplo, no existe duda de que por la superficie del agua se transmiten ondas mecánicas transversales, de que el sonido se transmite por el aire y por otros medios materiales mediante ondas longitudinales o de que una escopeta de repetición puede actuar como foco de un chorro de perdigones.

 

Las cosas se complican cuando se somete a este tipo de pruebas a la luz y también a radiaciones formadas por partículas atómicas y/o subatómicas. En estos casos se observan comportamientos, que la física clásica no puede explicar.

 
 

Como se ve con detalle en el tema: "Debate histórico sobre la naturaleza de la luz", la luz parece es una onda (electromagnética), la cual se refracta, se difracta, produce interferencias al atravesar una rendija doble o múltiple, etc. Sin embargo, la propia luz también está compuesta de fotones ("cuantos de energía") y, en el contexto de la física clásica, se requiere utilizar un modelo fotónico corpuscular, para poder explicar  procesos de interacción entre la luz y la materia que no se pueden explicar utilizando el modelo ondulatorio clásico (entre otros, el efecto fotoeléctrico, la radiación del cuerpo negro, el efecto Compton, la producción de rayos X, los espectros discontinuos de absorción y emisión de los átomos, los procesos de aniquilación de materia produciendo fotones, etc.). (A la izquierda: Dibujo interpretativo del efecto fotoeléctrico)
 

 

Lo mismo le ocurre a las partículas subatómicas, tales como electrones, protones, etc., los cuales tienen masa, cantidad de movimiento, etc., pero también, por ejemplo, longitud de onda . En una colisión de, por ejemplo, un electrón con otro electrón, se evidencia un comportamiento corpuscular de ambos, pero también ocurre que un haz de electrones se difracta cuando se le hace pasar por un pequeño orificio de tamaño comparable a su longitud de onda, que dos haces de electrones puedan producir interferencias cuando se les hace pasar a través de una rendija doble o múltiple, etc.

A la izquierda: Patrón de interferencias que obtuvo Jönson en un experimento pionero en el que hizo pasar electrones a través de1, 2, 3, 4 y 5 rendijas .
 

Ya hemos dicho que para la física clásica resulta totalmente contradictorio que una misma entidad física pueda manifestar un comportamiento corpuscular y también ondulatorio. La Física cuántica ha superado esta contradicción, desarrollando un único modelo que integra de manera coherente todos los comportamientos de la luz y de las partículas.

 

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