Uno de los aspectos más curiosos -por decirlo de forma suave- de la extraña naturaleza de las partículas elementales, es el que se desvela en el experimento conocido en Física como "de doble rendija". ¿En qué consiste este experimento?
Supongamos que tenemos un dispositvo que lanza canicas hacia un panel con una estrecha rendija vertical colocado a poca distancia y detrás del cual situamos una pantalla que recoge el impacto de aquellas canicas que atraviesan la rendija. Después de lanzar un buen número de canicas, obtendríamos en la pantalla el siguiente patrón de impactos:
Tendríamos una estrecha banda vertical que representa al conjunto de las canicas que han conseguido atravesar la rendija. Veamos ahora qué ocurre si añadimos una segunda rendija a nuestro panel, paralela a la primera:
Evidentemente, obtendríamos dos bandas verticales paralelas, representativas del conjunto de canicas que ha pasado por cada una de las rendijas.
Pero, ¿qué ocurriría si en vez de canicas dirigimos una onda hacia las rendijas? Imaginemos que mandamos una onda de un fluido; agua, por ejemplo:
Al llegar a la doble rendija, la onda se divide en dos frentes que prosiguen avanzando en su camino hacia la pantalla receptora. En dicho camino, se producen interferencias al cruzarse las crestas y los valles de los diferentes frentes. Ese patrón es el que recoge la pantalla, con zonas claras correspondientes a dos máximos de onda que se han encontrado, y otras oscuras, consecuencia de la anulación que se produce cuando coinciden un máximo y un mínimo de onda. Esas rayas paralelas claras y oscuras es lo que se conoce como un patrón típico de interferencia de ondas.
Bien, ahora vamos a sustituir las canicas y las ondas por un flujo de electrones, que son partículas muy pequeñas, pero con masa. Si disparamos nuestros electrones a través de una sola rendija, obtenemos un patrón de impacto idéntico al de la Figura 1. Si colocamos una rendija doble, esperaríamos encontrar el mismo patrón de la Figura 2, pero lo que obtenemos es una figura de interferencia idéntica a la de la Figura 3.
Pero, ¿cómo pueden unas partículas crear interferencias como si de ondas se tratase? Para dilucidar esta aparente paradoja, los científicos decidieron disparar los electrones no en chorro, sino por separado, de uno en uno, para evitar que interfiriesen unos con otros. Después de mandar muchos de estos electrones individuales a través de la rendija doble, se obtiene, increíblemente, el mismo patrón de interferencia de la Figura 3.
La explicación más ortodoxa que nos proporciona la Física es que el electrón, que inicia su trayectoria como un partícula unitaria, al llegar a la doble rendija se transforma en una onda de probabilidad y atraviesa las dos rendijas a la vez, interfiriendo consigo misma y participando en crear, por tanto, el típico patrón de la Figura 3. Matemáticamente, cada electrón atraviesa las dos rendijas a la vez, no atraviesa ninguna y atraviesa cada una de las dos individualmente, en lo que se conoce como un estado de "superposición" de probabilidades. Asombrados ante esta situación contraria al sentido común, los físicos decidieron observar más de cerca y comprobar qué es lo que ocurre realmente cuando el electrón pasa por las ranuras. Colocaron un dispositivo medidor cerca de las dos rendijas para ver cuál de ellas atravesaba y ¡oh, sorpresa!, el electrón volvió a comportarse como una pequeña bolita, atravesando sólo una de ellas, originando el patrón de la Figura 2 y no el de la Figura 3. El acto de observar provoca que el electrón "decida" comportarse de una forma u otra, como si "supiera" que está siendo observado y que debe mostrar sólo uno de los estados posibles que antes estaban en superposición. Es lo que se conoce en Física Cuántica como "colapso de la función de onda", siendo el observador el responsable directo de dicho colapso.
Esta extraña característica es común no sólo a los electrones, sino también a fotones, protones, etc. Como ya comentamos en el post anterior, las partículas elementales son una ininteligible mezcla de materia y onda probabilística que, mientras no son observadas, existen como una extraña forma de superposición de estados, y nos muestran una "cara" u otra según la "intención" del experimento que diseñemos. Desde luego, es algo para reflexionar.
Supongamos que tenemos un dispositvo que lanza canicas hacia un panel con una estrecha rendija vertical colocado a poca distancia y detrás del cual situamos una pantalla que recoge el impacto de aquellas canicas que atraviesan la rendija. Después de lanzar un buen número de canicas, obtendríamos en la pantalla el siguiente patrón de impactos:
Figura 1
Tendríamos una estrecha banda vertical que representa al conjunto de las canicas que han conseguido atravesar la rendija. Veamos ahora qué ocurre si añadimos una segunda rendija a nuestro panel, paralela a la primera:
Figura 2
Evidentemente, obtendríamos dos bandas verticales paralelas, representativas del conjunto de canicas que ha pasado por cada una de las rendijas.
Pero, ¿qué ocurriría si en vez de canicas dirigimos una onda hacia las rendijas? Imaginemos que mandamos una onda de un fluido; agua, por ejemplo:
Figura 3
Al llegar a la doble rendija, la onda se divide en dos frentes que prosiguen avanzando en su camino hacia la pantalla receptora. En dicho camino, se producen interferencias al cruzarse las crestas y los valles de los diferentes frentes. Ese patrón es el que recoge la pantalla, con zonas claras correspondientes a dos máximos de onda que se han encontrado, y otras oscuras, consecuencia de la anulación que se produce cuando coinciden un máximo y un mínimo de onda. Esas rayas paralelas claras y oscuras es lo que se conoce como un patrón típico de interferencia de ondas.
Bien, ahora vamos a sustituir las canicas y las ondas por un flujo de electrones, que son partículas muy pequeñas, pero con masa. Si disparamos nuestros electrones a través de una sola rendija, obtenemos un patrón de impacto idéntico al de la Figura 1. Si colocamos una rendija doble, esperaríamos encontrar el mismo patrón de la Figura 2, pero lo que obtenemos es una figura de interferencia idéntica a la de la Figura 3.
Pero, ¿cómo pueden unas partículas crear interferencias como si de ondas se tratase? Para dilucidar esta aparente paradoja, los científicos decidieron disparar los electrones no en chorro, sino por separado, de uno en uno, para evitar que interfiriesen unos con otros. Después de mandar muchos de estos electrones individuales a través de la rendija doble, se obtiene, increíblemente, el mismo patrón de interferencia de la Figura 3.
Patrón de interferencias creado por electrones
La explicación más ortodoxa que nos proporciona la Física es que el electrón, que inicia su trayectoria como un partícula unitaria, al llegar a la doble rendija se transforma en una onda de probabilidad y atraviesa las dos rendijas a la vez, interfiriendo consigo misma y participando en crear, por tanto, el típico patrón de la Figura 3. Matemáticamente, cada electrón atraviesa las dos rendijas a la vez, no atraviesa ninguna y atraviesa cada una de las dos individualmente, en lo que se conoce como un estado de "superposición" de probabilidades. Asombrados ante esta situación contraria al sentido común, los físicos decidieron observar más de cerca y comprobar qué es lo que ocurre realmente cuando el electrón pasa por las ranuras. Colocaron un dispositivo medidor cerca de las dos rendijas para ver cuál de ellas atravesaba y ¡oh, sorpresa!, el electrón volvió a comportarse como una pequeña bolita, atravesando sólo una de ellas, originando el patrón de la Figura 2 y no el de la Figura 3. El acto de observar provoca que el electrón "decida" comportarse de una forma u otra, como si "supiera" que está siendo observado y que debe mostrar sólo uno de los estados posibles que antes estaban en superposición. Es lo que se conoce en Física Cuántica como "colapso de la función de onda", siendo el observador el responsable directo de dicho colapso.
Esta extraña característica es común no sólo a los electrones, sino también a fotones, protones, etc. Como ya comentamos en el post anterior, las partículas elementales son una ininteligible mezcla de materia y onda probabilística que, mientras no son observadas, existen como una extraña forma de superposición de estados, y nos muestran una "cara" u otra según la "intención" del experimento que diseñemos. Desde luego, es algo para reflexionar.
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