7.3: Significado de la función de onda cuántica

La difracción de Bragg ilustra lo más difícil de entender sobre la mecánica cuántica, a saber, que las partículas pueden tener propiedades onduladas y las ondas pueden tener propiedades similares a las partículas.

La variación de la intensidad de rayos X con el ángulo visto en un aparato de difracción de Bragg es muy difícil de explicar en términos distintos de la interferencia de onda. Sin embargo, los rayos X son detectados típicamente por un dispositivo como un contador Geiger que produce un pulso de electricidad por cada partícula de rayos X, o fotón, que la golpea. Así, los rayos X a veces actúan como partículas y otras como ondas.

La luz no es la única en tener propiedades tanto de partículas como de onda. Davisson y Germer y más tarde G. P. Thomson (hijo de J. J. Thomson, el descubridor del electrón) demostraron que los electrones también pueden actuar como ondas. Lo hicieron demostrando que los electrones experimentan difracción de Bragg en cristales, tanto como lo hacen los rayos X.

La mayoría de los físicos (incluido Albert Einstein) han encontrado que la mecánica cuántica es extremadamente extraña, así que si sientes lo mismo, ¡estás en buena compañía! Sin embargo, existe una interpretación útil de la mecánica cuántica que al menos nos permite seguir adelante con su uso para resolver problemas, aunque no satisfaga nuestras reservas intuitivas sobre la teoría.

El desplazamiento de la onda de materia asociada a una partícula se suele llamar la función de onda,\(\Psi\). No está nada claro de qué\(\Psi\) es un desplazamiento, pero su uso es sencillo. El cuadrado absoluto de la función de onda\(|\Psi(x, t)|^{2}\),, es proporcional a la probabilidad de encontrar la partícula asociada en la posición x y el tiempo t. El cuadrado absoluto se toma porque bajo muchas circunstancias la función de onda es realmente compleja, es decir, tiene partes tanto reales como imaginarias. Las razones de esto se discutirán más adelante.

Debido a la interpretación de la función de onda, la mecánica cuántica es una teoría probabilística. No nos dice con certeza qué le sucede a una partícula en particular. En cambio, nos dice la probabilidad de detectar la partícula en cualquier ubicación dada. Si se realizan muchos experimentos, con una partícula por experimento, los números de experimentos con partículas que se detectan en las diversas ubicaciones posibles son proporcionales a las probabilidades mecánicas cuánticas.