La imagen de las ondas y la imagen de las partículas

Nos fijamos una tarea, que es tratar de explicar las cosas con claridad. Explicar las cosas con claridad es hacer que la audiencia se identifique. Si no hay audiencia, es hacer que la audiencia imaginaria sea otro yo. identificar. Esto suena un poco divisivo, pero requiere que el otro yo tenga un poco de espíritu de "verdad" y "cuestionamiento continuo".

Persuadir ya sea usando imágenes, o usando palabras. Y usar imágenes es más convincente.

Una imagen es un cuadro, un Cuadro, pero lograr que se mueva requiere un poco de imaginación. A veces decimos que las imágenes en movimiento son más reales que las imágenes fijas. Esto se debe a que las personas se han adaptado a las imágenes en movimiento en la mayoría de los casos o les dan un mayor valor estético.

Por ejemplo, al tomar fotografías, las fotos que tomamos en cualquier momento son "reales", pero cuando las vemos, muchas veces hacen reír a la gente. La expresión puede ser fea en ese momento. foto que cuesta menos de $0.01 En el momento de $ segundos, lo que vemos es la extensión del "tiempo", que es una imagen procesada y dinámica. Usamos imágenes dinámicas para establecer nuestra estética, la estética de las expresiones de las personas, la dinámica de las personas. ... estética. El parpadeo nos parece encantador, pero nos parece feo el momento en que los ojos están completamente cerrados.

Pero en nuestra imaginación, hace falta imaginación para hacer, por ejemplo, que un punto se mueva, un triángulo se haga más grande, gire... pero sí tenemos esta capacidad. A veces podemos verlo todo en un instante. Figuras geométricas luminosas con características extremadamente estructurales y cambios de color moteados se alternan en nuestra mente con el ritmo, el ritmo de la música o el ritmo interior de nuestros pensamientos.

En un momento así, parecemos comprender todas las verdades del universo, pero no hay un lenguaje adecuado para describirlas. Sólo podemos intentar e intentar dibujarlas de memoria, junto a la fogata, pintadas. en el techo de la cueva. Algunas obras abstractas muy imaginativas. Se dice que este estilo de pintura abstracto apareció al mismo tiempo que la pintura extremadamente realista.

El "realismo" es la imitación de cosas "visibles", mientras que la "abstracción" es la imitación de cosas "concebibles". Todos ellos son seres poderosos. Para las personas sin imaginación, es necesario presentarlos en imágenes visuales para comprender las maravillas de la imaginación. Pero algunas personas dicen que las primeras pinturas no tenían ningún propósito educativo o de comunicación. Eran puramente para necesidades espirituales, una salida para la espiritualidad de las personas y una forma de acercarse a Dios. Por eso fueron creadas en cuevas oscuras.

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Ahora necesitamos construir una imagen de partículas y una imagen de ondas a través de la imaginación en lugar de la observación. Ésta es la premisa para que hablemos de dualidad onda-partícula.

¿Qué son las partículas?

Es un punto, un punto ideal, con sólo direcciones pero sin partes. En mi imaginación, vive en un espacio tridimensional. Puedo moverlo ligeramente hacia arriba y hacia abajo sin afectar su posición en las direcciones izquierda y derecha, ni su posición en las direcciones delantera y trasera.

Si el mundo sólo tiene esta partícula, qué vacío está.

Puede cambiar de posición arriba y abajo, de lado a lado, adelante y atrás a voluntad, pero a mí me parece exactamente igual. Todos están en el centro del espacio vacío en mi imaginación y no hay forma de cambiar su ubicación.

Debemos tener una referencia. Con la referencia podemos saber la posición de las partículas.

Esta referencia son tres reglas imaginarias, que son perpendiculares entre sí y forman una referencia. O necesitamos un segundo punto como origen, y las partículas se mueven y cambian con referencia al origen. También necesitamos tres flechas para marcar las tres direcciones en el espacio tridimensional.

Pero “tres”, ¿por qué “tres”?

Esta es una clasificación razonable de nuestro espacio.

La clasificación es una actividad racional y una actividad sabia. ¡Quien sea bueno clasificando es una persona inteligente!

"Adán demuestra ser el primer y más grande filósofo del mundo: puede distinguir con justicia entre especies según su verdadera naturaleza y sus diferencias."

La clasificación más razonable no se repite. ni omitido.

Y la descomposición de nuestra dirección en tres direcciones diferentes no es ni repetitiva ni omitida.

Pero también podemos imaginar un mundo bidimensional o unidimensional. Esto puede deberse a limitaciones. Por ejemplo, nuestras actividades humanas han estado restringidas al espacio bidimensional durante mucho tiempo. por supuesto espacio esférico. A los físicos también les gusta ahora el efecto de confinamiento cuántico. La llamada restricción significa que, por alguna razón, las partículas (como los electrones) sólo se mueven en un espacio bidimensional o incluso unidimensional.

La ventaja de imaginar un espacio de bajas dimensiones es que es más fácil de pensar. Por ejemplo, el movimiento de caída de un cuerpo es en realidad partículas que caen a una velocidad cada vez mayor bajo la influencia de la gravedad. Para describir este movimiento, basta imaginar un espacio unidimensional. Por ejemplo, el movimiento de una bala de cañón significa que, por un lado, las partículas vuelan hacia la espina inclinada a la velocidad inicial. Si quieren volar lo más lejos posible, deben volar hacia la espina inclinada con un ángulo de $45^o. $. Por otro lado, las partículas todavía se ven afectadas por la fuerza gravitacional y caen al suelo cada vez más rápido.

Entonces, esta es una superposición imaginaria de dos movimientos: primero, volar una sección hacia la espina inclinada, luego caer por una sección, luego volar una sección hacia la espina inclinada y luego volar hacia adelante a mayor velocidad. Suelta una sección. Luego, en nuestra imaginación, podemos reducir esta sección de dientes dentados para que parezca más redonda y suave. Este es el movimiento de la bala de cañón: una parábola.

También podemos imaginar muchas cosas, como montar en una montaña rusa, bajar zumbando, cada vez más rápido, la sensación de palpitaciones del corazón, y luego, en la sensación de vacío, subimos, más y más alto, en el punto más alto, el tiempo parece haberse detenido, pero de hecho la velocidad es mínima en este momento, y luego se mueve hacia abajo y acelera, y comienza un nuevo ciclo.

El truco aquí es imaginarnos a nosotros mismos como partículas, reemplazar nuestros propios corazones con los corazones de las partículas y entrar en el mundo de las partículas. Sentiremos el viento que sopla en nuestra cara y sentiremos resistencia...

¿Cómo nos deshacemos de la sensación del viento que sopla en nuestra cara? Porque esto significa que estamos sujetos a una resistencia, que es una resistencia al movimiento de las partículas. Nos gusta la gravedad. Siempre que la velocidad sea la adecuada, podemos movernos hacia adelante y hacia atrás alrededor de un centro de gravedad (como la Tierra), una elipse. Cuando corremos hacia la Tierra como una montaña rusa, nuestra velocidad es la más rápida. Debido a la velocidad, nos movemos de una distancia a otra. La parte más cercana de la Tierra pasa zumbando, luego se separa de la Tierra, alejándose cada vez más de ella, hacia arriba, curvándose hacia arriba, confiando en la inercia o energía cinética ($. K = \frac{mv^2}{2}$) contra la Tierra. Se atrae hasta que se precipita hacia el lugar más alejado de la Tierra, perdiendo demasiada energía cinética en vano, y luego la gravedad vuelve a tomar el control, y así sucesivamente.

Estamos volando y nos esforzamos por controlar la trayectoria del vuelo, pero desafortunadamente no tenemos manera, al igual que las personas en el sueño que intentan controlar su propio vuelo son tan inútiles e impotentes como nosotros. estamos volando en el vacío, la gravedad es la única causa externa, la gravedad no importa, se comporta estrictamente $F = \frac{G M m}{r^2}$, y la órbita elíptica está determinada por nuestro impulso inicial, que es decir, a qué distancia estamos de la Tierra, decidir a qué velocidad y en qué ángulo salir corriendo.

(Para una ecuación diferencial de segundo orden $F = m a$, siempre que se den dos condiciones iniciales, la posición inicial y el momento inicial, el movimiento de la partícula está completamente determinado.)

Las partículas son la unidad básica de nuestro pensamiento actual. Cada partícula puede describirse por masa, posición y momento.

Masa es la masa de la partícula. Suponemos que todo tiene masa, excepto los fotones (partículas de luz), de los que no hablaremos por ahora. La posición es un vector tridimensional, que generalmente registramos como $\vec r$, que se descompone en la superposición de vectores en tres direcciones fijas:

$\vec r = \vec i x + \vec j y + \vec k z$

El momento se define como la masa multiplicada por la velocidad, y la velocidad se define como la derivada de la posición:

$\vec v = \frac{d \vec r }{d t }$

$\vec p = m \vec v$

La posición, la velocidad y el impulso son todos vectores, así como la fuerza, lo que trae grandes desafíos a nuestra imaginación. , para facilitar el pensamiento, a menudo los imaginamos como bidimensionales o unidimensionales.

Las partículas vuelan en el espacio tridimensional, pero no tienen libre albedrío. Están completamente determinadas por la fuerza y ​​su estado inicial. Podemos calcular la relación entre el cambio de posición de las partículas con el tiempo.

$r(t)$

Las partículas existen en el tiempo y el espacio como $r(t)$, $r(t)$ es el mundo de las partículas y la vida de partículas, está completamente determinado por la fuerza que actúa sobre ella, su posición inicial y su momento. Este es un mundo muy fatalista.

Si sólo existiera la mecánica newtoniana, nuestro mundo sería un mundo así. Todo es solo una colección de partículas. Hay muchas, muchas partículas. Aunque hay muchas, el número total de ellas, por ejemplo, el número de protones en todo el universo, es del orden de $10^{80}$.

Siempre que sean contables, podemos hacer ecuaciones para ellas, partículas contables, fuerzas contables, posiciones iniciales contables, impulso inicial contable, uno es muy grande, pero de hecho es contable. Una ecuación diferencial, aunque es imposible para nosotros resolverla, debemos recordar:

La ecuación es solo una representación simbólica de mi mundo imaginario. Naturalmente se comporta así, pero nunca es necesario resolver la ecuación antes de decidir. . Cómo hacerlo paso a paso es algo que los humanos entendemos debido a nuestra curiosidad.

Una ecuación tan enorme se puede resolver instantáneamente en el mundo de mi imaginación. Partículas del orden de $10^{80}$ chocan, se entrelazan, se alejan unas de otras y luego se alejan. unos de otros después de un tiempo infinito. Atracción, reagregación... es como un drama representado en el escenario tridimensional del espacio cartesiano.

Cada partícula es un personaje en la obra de Shakespeare, cada uno con su propio destino, pero todo esto se ha decidido en el momento en que comienza la obra. Abrimos la boca para mirar con curiosidad, imaginando que hemos entrado en la obra. , volvernos uno con una determinada partícula, o entrar en una órbita alrededor de una determinada partícula. Tenemos nuestro libre albedrío, pero somos como las personas en los sueños. Simplemente no podemos controlar el movimiento de las partículas. Pensamos en vano, retorciendo el cuerpo de. Pensamos en vano, pero esta jugada está determinada sólo por la fuerza, la posición inicial y el impulso. Nuestro destino ya está arreglado, pero no lo sabemos. Y toda nuestra voluntad es inútil, no estamos bajo nuestro propio mando.

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La llamada imagen de las partículas es que las partículas se mueven en el vacío. Cada una tiene su propia masa y existe una gravitación universal entre ellas. Si Dios es el creador, usará su gran mano para arrojar estas partículas del orden de $10^{80}$ en el momento de la creación, y luego usará su omnipotencia para hacer que tengan posiciones iniciales y un impulso inicial en su propia camino, y luego El anciano tomó un descanso y se paró con los pies en alto en el espacio alienígena observando la formación de patrones de las partículas.

El vacío es muy importante aquí. Sin partículas de vacío, no habría escenario. Los llamados puntos de partículas son puntos geométricos sin tamaño ni forma. Pueden transportar energía y momento de forma concentrada. El primero fue enfatizado por el atomismo antiguo, pero el segundo no, porque los atomistas antiguos no descubrieron la gravedad y necesitaban formas para explicar las propiedades físicas.

Los antiguos atomistas también enfatizaban el viraje de las partículas, que era un esfuerzo por retener un poco de humanidad en su sombría imagen del mundo. El viraje fue considerado más tarde como una encarnación del "libre albedrío", tomada prestada de la filosofía cristiana. La introducción de transiciones repentinas se debe a consideraciones puramente filosóficas o razones estéticas, que no tienen cabida en una mecánica newtoniana rígida o mal construida. Si las partículas tienen libre albedrío y si de repente saltarán hacia arriba y hacia abajo como un neurótico está determinado por la ecuación diferencial ($F = ma$). ¡Nos dice que no, simplemente no puede!

La imagen del mundo de Newton carece de poder explicativo. En última instancia, es sólo una teoría sobre el movimiento mecánico, en teoría, se puede construir una teoría de las propiedades físicas, o incluso una teoría del electromagnetismo. Sin embargo, de hecho, casi nadie intenta estas tareas.

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El propio Newton estudió óptica y, naturalmente, entendió la luz como una partícula. Es muy natural que Newton haga esto, porque la luz se propaga en línea recta y la velocidad muy rápida de la luz es casi difícil de medir...

Pero la teoría de partículas de Newton se puede ver en gran medida. como un intento de comprender una suposición hecha por conveniencia. Por ejemplo, ¿no nos dijo cuál es la masa de las partículas de luz (fotones)? ¿Cuánta energía tiene? ¿Cuál es su impulso? Y cómo explicar el espaciamiento marginal de los anillos de Newton basándose en estas afirmaciones físicas básicas.

Decir simplemente que los fotones golpearon el cristal y provocaron ondas que formaron un anillo es una suposición muy imaginativa, pero no constituye una teoría confiable.

Una teoría fiable debe ser capaz de proporcionar una explicación cuantitativa, al menos, de los fenómenos más destacados. Al igual que lo que encontramos en la teoría de Bohr sobre los átomos de hidrógeno, una teoría confiable sobre los átomos debe ser capaz de explicar cuantitativamente los fenómenos más singulares y significativos en este campo, como la fórmula de Rydberg.

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El auge de las imágenes de ondas está relacionado con la incapacidad de las imágenes de partículas newtonianas en la investigación óptica.

Newton fue por supuesto un gran físico y el fundador de la óptica moderna.

Aquí analizamos primero el experimento de espectroscopía del prisma de Newton:

El arco iris es un fenómeno común en la naturaleza, o si tomamos un sorbo de agua y lo rociamos hacia el sol, podemos ver un Distribución de colores en forma de arco. Esto puede ser suficiente para recordarnos que la luz parece muy pura, pero en realidad es muy complicada. Quizás pueda clasificarse aún más. La clasificación es obra de la sabiduría.

Newton llevó este fenómeno al laboratorio.

En una habitación cerrada, abra ligeramente las cortinas gruesas para dejar entrar la luz y luego tome un prisma. El índice de refracción del vidrio es relativamente grande, lo que puede hacer que la luz se desvíe más de la dirección original. obviamente la dirección del movimiento. Sin embargo, el índice de refracción del vidrio es diferente para luz de diferentes longitudes de onda. La luz de diferentes longitudes de onda tendrá diferentes ángulos de desviación. Diferentes longitudes de onda corresponden a diferentes colores. Un haz de luz blanca se divide en una serie de colores de luz. Si dejamos solo un color, bloqueamos los demás colores y continuamos dejando pasar la luz a través del prisma, encontramos que la luz ya no se descompone.

En nuestra experiencia visual, la luz natural o la luz blanca es pura, pero ahora la luz blanca es compleja y puede descomponerse continuamente mediante ciertas operaciones, mientras que la luz de color pura es pura y no puede descomponerse mediante tales operaciones. Una operación continúa descomponiéndose.

A primera vista, esto parece un poco mágico, pero la razón por la que los científicos no son magos es que no ocultan sus hallazgos. Los científicos también hacen demostraciones, pero te contarán los pasos de la demostración. paso a paso, para que todos puedan repetirlo (esta afirmación es un poco inexacta hoy, pero se debe principalmente a que la ciencia se ha desarrollado a un nivel extremadamente complejo y costoso, y la gente común ya no puede repetirla. Sin embargo, dentro del comunidad científica, varios grupos en competencia aún pueden hacerlo; de lo contrario, los descubrimientos científicos no se confirmarán y no se reflejará el valor utilitario de las actividades científicas). Pero el mago es diferente. Él también actúa, pero no te enseñará a menos que pagues para convertirte en su aprendiz.

Existe un conjunto de estándares para las actividades científicas que pueden determinar que Newton no está haciendo trucos para engañar a todos. De lo contrario, no todos admitirían una conclusión tan contraintuitiva. Cuando hoy hablamos de ciencia, también debemos recordar que la razón por la que la ciencia es creíble no reside en el rigor de los métodos científicos, sino en un conjunto de reglas para la práctica científica. En lo que confiamos es en el sistema, no en los individuos o en la ciencia específica. Conocimiento. Pero cuando la gente común habla de temas relacionados con la ciencia, a menudo se subestiman a sí mismos debido a su falta de conocimiento. Esto está mal. Por supuesto que necesitamos una cierta base de conocimiento, pero el foco de nuestra revisión debe estar en las convenciones de la práctica científica. revisarlos. ¿Existen lagunas en la operación?

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La serie de experimentos de Newton sobre óptica creó la óptica física, mientras que la inacción de Newton sobre la teoría de partículas dio una oportunidad a la teoría ondulatoria.

Las imágenes fluctuantes también son imágenes habituales en nuestra vida diaria, como las olas del agua.

Supongamos que estamos en una piscina enorme, ya sea con olas artificiales o naturales (usando el océano como piscina, si nos ponemos un flotador, subiremos y bajaremos periódicamente con el). olas. Esta es una experiencia muy interesante. Cuando subas a la cima, verás la cresta de la ola, y cuando bajes, verás el valle. Cuando estemos en la cresta de la ola, nosotros. Veremos la cresta de la ola viniendo hacia nosotros a cierta distancia. Cuando caigamos al valle, sentiremos que la cresta de la ola se acerca cada vez más a nosotros, tal vez corriendo hacia nosotros como una pequeña montaña, y luego. Nos elevamos rápidamente con el salvavidas cuando llega la siguiente cresta, como si estuviéramos en una montaña rusa. Cuando llegamos a la cima de la cresta de la ola, nos sentiremos vacíos y luego aceleraremos hacia abajo nuevamente, y así sucesivamente.

Sin la superficie del agua, no experimentaríamos este movimiento cada segundo. Cuando llega cada pico de ola, sentimos su enorme fuerza, que nos eleva violentamente desde el valle de la ola hasta la cima, lanzándola hacia arriba. Cuanto más alta es la cresta de la ola, más poderosa la experimentamos. Experimentamos la energía de las olas todo el tiempo y en todas partes. Cuando corremos hacia la cima de la cresta de la ola, tenemos un gran potencial de energía que es la "posición superior". Conviértalo en energía de movimiento para acelerar, y cuando estemos en el valle de la ola, en realidad estamos en la cresta de otra ola. Debido a la curvatura de la ola de agua y la compresión general de la ola de agua, lo haremos. todavía estaremos en una "posición superior", o en otras palabras, todavía tenemos una gran energía potencial...

La energía de una onda es proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda ($\ propto A^2$). La energía de la onda está en todas partes dondequiera que se propague la onda, la energía de la onda está allí y podemos experimentar esta energía colocándonos un salvavidas.

Las ondas son el movimiento del conjunto. Cuando estudiamos las ondas del agua, la energía no se concentra en una determinada partícula sino que es la distribución de la energía, distribuida "uniformemente" por todo el conjunto. En este punto, el concepto de vacío parece impotente. Un escenario vacío puede permitir que los personajes de las obras de Shakespeare aparezcan uno tras otro, pero las olas del agua deben tener una piscina llena de agua, y las olas del agua existen en la superficie del agua. ondas.

En el agua, cada punto fluctúa con las olas del agua. Si describimos el movimiento de las olas del agua una por una, será similar. Debido a que las posiciones son innumerables, no tenemos forma de usarlas. Los métodos $1, 2, 3, ...$ cubren exhaustivamente cada posición en el agua. Esta es una gran diferencia con nuestro estudio del mundo de partículas newtoniano. En ese mundo, hay partículas del orden de $10^{80}$. Aunque hay muchas, podemos usar $1, 2, 3,. ...$ Caminos agotados.

Aquí debemos decir que el método $1, 2, 3, ...$ es en realidad un método muy poderoso, si no limitamos el tiempo, podemos agotar infinitas partículas. Este infinito tiene un nombre especial, y tiene un nombre especial "Aleph Zero", que es el infinito de orden más bajo, o un infinito que es contable y se puede agotar contando $1,2,3...$.

De aquí hemos entrado en el campo de investigación de la teoría de campos. La llamada teoría de campos es el estudio del movimiento con infinitos grados de libertad. Vayamos un poco más allá. ¿Cómo deberíamos estudiar este tipo de fluctuación en nuestra imaginación? (Esencialmente es una teoría de campos clásica)

Una forma es discretizarla, porque la continuidad en todas partes es demasiado difícil de imaginar. Los imagino como un colchón de muelles y hago cortes imaginarios en el campo. Cada pequeño cuadrado, o cada triángulo o hexágono, se contrae hasta convertirse en una partícula. La masa de cada partícula será proporcional al área y la densidad. Está conectado de acuerdo con una determinada estructura, conectado por resortes imaginarios. Si no quieres que tu campo se rompa, debes usar resortes para unirlos.

En esta época Dios se hizo un trabajador que tejía colchones de muelles. Cada muelle tiene su propio coeficiente elástico, que se puede definir como módulo de elasticidad. La ventaja del modelo discreto es que es fácil de imaginar. En cierto sentido, un modelo discreto regresa al mundo de las partículas. La única diferencia aquí es que asumimos mucha fuerza restauradora elástica. La energía de la onda ahora se refleja como la suma de la energía de todas las partículas, y cada partícula se compone de dos partes: energía cinética y energía potencial. Hay muchos $\frac{1}{2} m v^2 pequeños. $ y $\frac{1}{ La suma de 2}k x^2$, y luego use los conceptos de densidad, módulo elástico y otros conceptos para escribir esta relación en la situación continua. En este momento obtendremos una energía cinética y una energía potencial representadas por un campo continuo $\varphi(x,t)$.

Utilizamos un conjunto de técnicas desarrolladas por la mecánica newtoniana (equivalentes a alguna transformación matemática). No consideramos la fuerza, sino que consideramos la cantidad de Lagrange $L = T - V$, que se define como Cinética. energía menos energía potencial, a partir de la cantidad de Lagrange, usamos una variación para encontrar la condición del valor extremo y podemos obtener la ecuación de onda. La ecuación de onda tiene la misma forma que encontramos usando técnicas de ecuaciones diferenciales parciales. Sus soluciones son las comunes ondas planas, ondas cilíndricas u ondas esféricas, según los detalles concretos.

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Cuando dos ondas se encuentran, se producirá interferencia.

Esto también es un fenómeno natural con el que estamos muy familiarizados.

Por ejemplo, en una tarde de verano, llegamos a un estanque. Una suave brisa sopla sobre el agua, provocando ondas. En ese momento, seguimos el movimiento de la ola y la observamos. Golpea una caña, en la parte superior, encontraremos que la ola de agua parece formar una nueva ola con la caña como centro. Si miras con atención, también encontrarás que cada vez que la ola encuentra un pequeño obstáculo, una nueva ola. Se formará con la caña como centro, equidistantemente extendida hacia afuera.

Cada punto en la operación de las olas puede considerarse como una nueva fuente de olas, y el efecto general de la ola es la colección de ondas perturbadas por estas innumerables fuentes de olas. Éste es el principio de Huygens.

Es muy bonito decirlo, pero será muy problemático calcularlo específicamente. Pero si la ola golpea una determinada pared y solo abrimos dos pequeños agujeros en la pared, el cálculo se volverá sencillo. Solo necesitamos calcular la superposición de dos ondas. Estas dos ondas en realidad se originan a partir de la misma onda, pero hemos bloqueado a sus hermanos y hermanas, dejando solo A y B avanzando.

Como se mencionó anteriormente, las fluctuaciones pueden verse como el transcurso de la fase, y la fase es $k x - \omegat t$. Si consideramos la fluctuación en un momento determinado, $t$ es fijo, y necesitamos Lo que estamos viendo es $k x$.

Ahora una onda comienza desde A y recorre una distancia de $x_A$ a lo largo de un camino determinado (Camino A), mientras que otra onda comienza desde B y recorre una distancia de $x_B$ a lo largo de un camino determinado (Camino B). una fase es $k x_A$ y la otra fase es $k x_B$, suponiendo que estas dos ondas finalmente se encuentren en el punto C.

Si la diferencia de fase $k (x_A - x_B)$ es exactamente un múltiplo entero de $2 \pi$, significa que las dos ondas están sincronizadas, la amplitud pasará a ser $2A$, y la intensidad de la onda es Será proporcional a $4A^2$.

Pero si la diferencia de fase $k (x_A - x_B)$ es exactamente un múltiplo impar de $\pi$, significa que cuando una onda está en el pico, la otra onda debe estar en el valle. , y siempre están en fase. Si desaparece, la amplitud será $0$ y la intensidad de la onda solo puede ser 0. Esta es una situación que no puede ser más débil.

Por supuesto que hay situaciones intermedias, pero también podríamos considerar al más fuerte y al más débil (0) como marcadores.

Este es el famoso experimento de la doble rendija. Observaremos una serie de distribuciones marginales con las vibraciones más fuertes, más débiles, más fuertes y más débiles en el lado opuesto de la doble rendija.

En el caso de las ondas del agua, podemos ver directamente este fenómeno, las llamadas ondas del agua. Es este intrincado corte de rayas de crestas y valles.

La interferencia de la luz es más difícil. En primer lugar, existen requisitos para la fuente de luz. Debemos utilizar una fuente de luz de una longitud de onda específica, y la fuente de luz debe ser estable. Además, la longitud de onda de la luz es inherentemente pequeña. Necesitamos diseñar experimentos específicamente para observar el fenómeno de interferencia.

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El fenómeno de interferencia de la luz se puede explicar bien mediante imágenes de ondas, y esto es sólo el comienzo. También existen fenómenos de difracción, discos de Airy, etc. Las rejillas de difracción también se han convertido en poderosas herramientas para medir fenómenos espectrales. Para decirlo sin rodeos, tienen una capacidad particularmente fuerte para distinguir la luz de diferentes frecuencias/longitudes de onda.

La llamada óptica física es la óptica ondulatoria, que pronto superó a la óptica geométrica y se convirtió en la corriente principal de la investigación óptica. Por ejemplo, podemos usar una rejilla de difracción para medir el espectro de los átomos de hidrógeno, y de manera similar el espectro de los átomos de sodio. Solo necesitamos poner un alambre metálico de cierto elemento en una llama caliente y podemos estudiar el espectro de este. elemento.

En el siglo XIX, se decía que la fluctuación de la luz había ganado completamente la delantera. Cuando Hertz realizó experimentos y demostró que las ondas electromagnéticas también son ondas y tienen fenómenos de interferencia y difracción como las ondas de luz, los físicos generalmente creyeron que las ondas de luz eran un tipo de ondas electromagnéticas, y la teoría de las partículas de la luz pasó oficialmente a la historia. (Igual que lo que sentimos ahora cuando hablamos del éter o del flogisto)

Pero la cosa va cambiando poco a poco.

A finales del siglo XIX, con el avance de la industria, se empezaron a utilizar rejillas de difracción para estudiar el espectro de emisión de la radiación del cuerpo negro. La llamada radiación del cuerpo negro es una gran cavidad. Esta cavidad contiene un gran espacio. Este espacio es un océano de campos electromagnéticos que chocan y se precipitan en la cavidad, como un campo de juego de olas electromagnéticas.

La temperatura de la cavidad (piense en ella como el horno utilizado por Taishang Laojun para hacer alquimia) se puede ajustar. El campo de radiación electromagnética y la cavidad han alcanzado un equilibrio térmico. El llamado equilibrio térmico es una cuestión que no tiene nada que ver. que ver con el material es muy igual. El hierro es $300 o$ es lo mismo que los $300 o$ de la cerámica. Pueden alcanzar el equilibrio térmico con el campo de radiación electromagnética de $300^o$.

Recordamos también las diversas vías de intercambio de calor: conducción, convección y radiación. Esta radiación es radiación electromagnética. El sol está lejos de nosotros y no hay un medio conductor de calor en el medio. No hay forma de hablar de conducción y convección. Entonces, cuando hablamos de radiación, radiación térmica o radiación electromagnética, todos hablamos de lo mismo.

Podemos imaginar un rango de parte del campo de radiación electromagnética, dentro del cual se encuentra un objeto (en realidad el campo de radiación electromagnética) y la cavidad alcanzan el equilibrio térmico a través de la radiación. es Si $T$, entonces el campo de radiación electromagnética también está a la temperatura $T$.

El problema se complica porque entra en juego el concepto de temperatura.

En el marco de la física estadística, la temperatura está relacionada con el movimiento térmico irregular. La irregularidad representa una falta de información. No podemos conocer el movimiento de cada partícula en el sistema, pero sí conocemos su ley estadística general. La ley dice que la probabilidad de que una partícula tenga energía cinética $K$ es proporcional al factor de Boltzmann $e^{-\frac{K}{kT}}$. Este concepto puede extenderse a la radiación de cuerpo negro.

La llamada radiación de cuerpo negro es la vibración de muchas ondas electromagnéticas, muchos modos de vibración, su energía es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo eléctrico, y también proporcional al cuadrado del campo magnético. intensidad, y ahora el campo eléctrico y el campo magnético son equivalentes a la energía cinética de la partícula $K$.

No entraremos en detalles del cálculo, solo explicaremos que ahora la física estadística puede entrar en juego. Tenemos muchos modos de vibración, y cada modo de vibración está representado por un vector de onda diferente del electromagnético. campo $\vec k$, Hay muchos vectores de onda, y cada vector de onda tiene energía. Queremos sumar estas energías. Ahora no sabemos la energía de cada vibración. Podemos ir al promedio termodinámico y luego sumar. Levántalos y suma la densidad de energía. Exprésala en términos de longitud de onda o frecuencia.

Este es un cálculo muy bonito que se puede hacer. Sólo hay un problema: la densidad de energía calculada de esta manera es divergente para longitudes de onda cortas (o altas frecuencias, las llamadas ultravioleta). Esto lleva al absurdo resultado de que tenemos una cantidad infinita de energía esperándonos por unidad de espacio.

Por supuesto, lo que es aún más terrible es que la distribución teóricamente calculada de la densidad de energía con la longitud de onda no coincide con los resultados reales de las mediciones experimentales.

Se trata de una crisis potencial por la fluctuación de la luz.

Hay muchos cálculos interesantes en radiación de cuerpo negro, que además son muy sencillos, pero los omitiremos aquí.

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Ahora hemos comprendido básicamente la imagen de las partículas y la imagen de las ondas.

Entonces, ¿por qué son incompatibles?

Desde un punto de vista conceptual, ambos son modelos ideales. Las partículas requieren "puntos" donde la energía y el impulso se transportan de forma concentrada y viajan a través del vacío. Las ondas son un estado general de movimiento y requieren de un medio, o al igual que las ondas electromagnéticas, los campos electromagnéticos en sí son cantidades físicas reales. Tienen una distribución en el espacio y el tiempo. Las ondas, como movimiento general, tienen energía proporcional al cuadrado de la amplitud. , que está lleno y se distribuye continuamente por todo el medio o campo.

El concepto de campo es más fundamental que el concepto de medio. El énfasis en el medio en la física clásica no puede proporcionar un escenario para presentar el "campo". El campo ya ha sido matematizado. Ahora que tenemos fórmulas matemáticas para describir el campo, ¿por qué necesitamos un medio? En el estudio de los campos electromagnéticos, primero obtenemos la declaración del campo, pero históricamente los físicos no estaban satisfechos con esta declaración matemática. Intentaron encontrar el medio del campo electromagnético. De hecho, querían construir una máquina que pudiera producirlo. Aparece el modelo del campo electromagnético, pero debido a que el campo electromagnético es demasiado complejo, al igual que el campo vectorial, es bastante difícil de construir. Antes del éxito, los físicos se sintieron atraídos por los nuevos problemas que siguieron y estaban ocupados con otras cosas.

Una forma de superar una crisis es crear una crisis más urgente, haciendo que los conflictos estallen a un nivel más alto y con más intensidad. En concreto, buscar el medio ligero conduce naturalmente al sentido estrecho de la relatividad. .