Experimento de las dos rendijas

Borrador cuántico

¿Ha oído hablar del experimento de la doble rendija? Es uno de los experimentos más extraños de la física moderna, y llega al corazón de la rareza de la mecánica cuántica. Básicamente, las ondas que pasan por dos rendijas estrechas y paralelas forman un patrón de interferencia en una pantalla. Esto es cierto para todas las ondas, ya sean ondas de luz, ondas de agua u ondas de sonido. A nosotros también. Pero la luz no es sólo una onda, también es una partícula llamada fotón. Entonces, ¿qué sucede si disparas un solo fotón a las dobles rendijas? Resulta que, aunque sólo haya un fotón, sigue formando un patrón de interferencia. Es como si el fotón viajara a través de ambas rendijas simultáneamente: Como muestra un episodio del programa Space Time de la PBS, sólo con observar el experimento de la doble rendija, el comportamiento de los fotones cambia.

La idea que subyace al experimento de la doble rendija es que, aunque los fotones se envíen a través de las rendijas de uno en uno, sigue existiendo una onda que produce el patrón de interferencia. La onda es una onda de probabilidad, porque el experimento está preparado para que los científicos no sepan por cuál de las dos rendijas pasará cada fotón.

La dualidad onda-partícula

Proponemos una interpretación simétrica en el tiempo de la mecánica cuántica que no parte de las propiedades ondulatorias de la partícula. Más bien, postula propiedades corpusculares junto con propiedades no locales, todas ellas deterministas. Este cambio de perspectiva señala las propiedades deterministas en la imagen de Heisenberg como primitivas en lugar de la función de onda, que sigue siendo una propiedad de conjunto. Así, en un experimento de doble rendija, la partícula pasa sólo por una de las rendijas. Además, una propiedad no local originada en la otra rendija distante ha sido afectada a través de las ecuaciones de movimiento de Heisenberg. Bajo el supuesto de la no localidad, la incertidumbre resulta ser crucial para preservar la causalidad. Por lo tanto, se puede derivar un principio de incertidumbre (cualitativo) en lugar de suponerlo.

Desde nuestra perspectiva, y en consonancia con las ideas expresadas por primera vez por Born (6) y posteriormente desarrolladas ampliamente por Ballentine (7, 8), una función de onda representa una propiedad de conjunto en lugar de una propiedad de un sistema individual.

Fórmula del experimento de las dobles rendijas de young

El experimento de Davisson-Germer fue un experimento realizado entre 1923 y 27 por Clinton Davisson y Lester Germer en Western Electric (más tarde Bell Labs),[1] en el que los electrones, dispersados por la superficie de un cristal de metal de níquel, mostraron un patrón de difracción. Esto confirmó la hipótesis, avanzada por Louis de Broglie en 1924, de la dualidad onda-partícula, y fue un hito experimental en la creación de la mecánica cuántica.

Según las ecuaciones de Maxwell de finales del siglo XIX, se pensaba que la luz estaba formada por ondas de campos electromagnéticos y la materia por partículas localizadas. Sin embargo, esto se puso en duda en el artículo de 1905 de Albert Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, que describía la luz como cuantos de energía discretos y localizados (ahora llamados fotones), lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1921. En 1924, Louis de Broglie presentó su tesis sobre la teoría de la dualidad onda-partícula, que proponía la idea de que toda la materia presenta la dualidad onda-partícula de los fotones[2]. Según de Broglie, tanto para toda la materia como para la radiación, la energía

Experimento de la doble rendija en casa

Uno de los experimentos más famosos de la física es el experimento de la doble rendija. Demuestra, con una extrañeza sin parangón, que las pequeñas partículas de materia tienen algo de onda, y sugiere que el propio acto de observar una partícula tiene un efecto dramático en su comportamiento.

Para empezar, imaginemos una pared con dos rendijas. Imagina que lanzas pelotas de tenis a la pared. Algunas rebotarán en la pared, pero otras atravesarán las rendijas. Si hay otra pared detrás de la primera, las pelotas de tenis que hayan atravesado las rendijas chocarán contra ella. Si marcas todos los puntos en los que una pelota ha golpeado la segunda pared, ¿qué esperas ver? Pues eso. Dos tiras de marcas con la misma forma que las rendijas.

Ahora imagina que haces brillar una luz (de un solo color, es decir, de una sola longitud de onda) sobre una pared con dos rendijas (donde la distancia entre las rendijas es aproximadamente la misma que la longitud de onda de la luz). En la imagen siguiente, mostramos la onda de luz y la pared desde arriba. Las líneas azules representan los picos de la onda. Cuando la onda pasa por ambas rendijas, se divide en dos nuevas ondas, cada una de las cuales se extiende desde una de las rendijas. Estas dos ondas interfieren entre sí. En algunos puntos, donde un pico se encuentra con una depresión, se anulan mutuamente. Y en otros, donde el pico se encuentra con el pico (es donde las curvas azules se cruzan en el diagrama), se reforzarán mutuamente. Los lugares en los que las ondas se refuerzan mutuamente dan la luz más brillante. Cuando la luz se encuentra con una segunda pared colocada detrás de la primera, se verá un patrón de rayas, llamado patrón de interferencia. Las rayas brillantes provienen de las ondas que se refuerzan entre sí.