¿Por qué la luz se puede comportar como onda y como partícula?

La luz puede comportarse como onda y como partícula porque realmente onda y partícula es exactamente lo mismo. Para entender esto cabe preguntarse primero:

¿Qué son las ondas y partículas?

Desde un punto de vista fundamental, sabemos que la velocidad de la luz es la velocidad límite para transmitir información entre dos puntos, por lo que cualquier acción efectuada en un punto A y a un tiempo t_A del universo, será percibida en un punto B en un tiempo posterior. Una onda es la entidad física que transporta está perturbación entre dos puntos, y es por eso que cuando dejas caer una piedra en un lago, una persona en la orilla puede percibir está acción a través de tres ondas: luminosas, cuando te ven lanzarla; sonora, cuando escuchan el sonido del agua; acuáticas cuando reciben el impacto de la ola que se formó.

Una partícula, por otro lado, se define como una entidad física que posee en general un momento y posición bien definido en el espacio, y cuyas propiedades se encuentran localizadas en una región de volumen finito. Así pues, un planeta, una pelota o un grano de polvo pueden ser considerados partículas, dependiendo de la escala que se utilice para medir el espacio. Un claro ejemplo de esto es la descripción del movimiento astronómico, donde la estructura interna de los cuerpos celestes es irrelevante para calcular su dinámica, la cual se determina simplemente a través de su centro de masa.

¿Por qué digo que partículas y ondas son lo mismo?

Pues porque una onda puede ser muy localizada, tomemos por ejemplo el caso de los solitones,

que dependiendo de la escala pueden ser fácilmente representados como partículas, ya que se encuentran localizados en el espacio, tienen un momento bien definido y transportan masa. Un solitón es por tanto un ejemplo de dualidad onda-partícula.

Con la luz ocurre algo semejante que con el agua: un pulso de luz puede, sin lugar a duda, considerarse como una partícula en las condiciones adecuadas, en cuanto la luz de una bombilla en estado estacionario es mejor descrita por un campo continuo.

La discusión anterior fue puramente clásica, pero me sirvió para ejemplificar dos cosas:

1. Qué es una onda o una partícula es algo relativo a las definiciones, y no necesariamente la naturaleza tiene que escoger una u otra.
2. Dependiendo de la escala o forma de medición que se use, la descripción corpuscular u ondulatoria puede ser más adecuada, pero no por ello la otra deja de ser válida.

Cuánticamente la situación es mas complicada, porque en principio no pueden existir partículas puntuales. La razón de esto es que a pesar de que las partículas pueden tomar estados bien definidos de momento o posición, debido al principio de incertidumbre, nosotros no podemos determinar ambas con precisión arbitraria. Esto conlleva que tengamos que conformarnos con la generalización de partícula como algo que está “razonablemente” localizado en un espacio y momento respecto a la escala de medición. Así que nuevamente, dependiendo de lo que vayas a hacer, tu naturaleza ondulatoria emergerá.

Finalmente, existe también el concepto de partícula cuántica, este concepto es mucho más complejo porque implica que una partícula es un ente localizado en espacio y momento que además transporta energía en partes discretas o quantums. Usando esta definición, todas las partículas y campos actualmente son cuantizables (menos el gravitatorio, que es un rebelde), así que volvemos al inicio: dependiendo de la forma que midas, emergerá de las ondas clásicas su campo cuántico asociado.