Entendiendo el Experimento de la Doble Rendija
Hey gente, ¿cómo estáis?
La semana pasada estuvimos hablando sobre mecánica cuántica.
Os presenté la función de onda, esa entidad matemática que los físicos usamos para hacer
predicciones.
La cosa es que, a través de vuestros comentarios, me di cuenta de que… se me olvidó contar
lo más importante.
Sí, la función de onda está muy guay pero ¿cómo consigue explicar todos los resultados
del experimento de la doble rendija?
¿Por qué sale este preciso patrón al abrir las dos cajas?
¿qué pasa con lo de medir?
Hoy vamos a ver experimento a experimento cómo utilizando la mecánica cuántica podemos
entender lo que ocurre aquí.
Esto quiere decir que vamos a abandonar la idea de que el átomo es una bolita que sigue
un cierto camino y vamos a poner en acción el concepto de función de onda.
Con la idea de trayectoria se conseguía entender muy bien los dos primeros experimentos, pero
era un desastre con el tercero.
Encontraréis muy iluminador como la función onda consigue apañar los tres a la vez…
Aunque lo haga de una manera más complicada de ver.
Y, por supuesto, creo que no hace falta decirlo, pero este vídeo no va a tener mucho sentido
si no te has visto los dos que le preceden, ¿ok?
Empecemos por el primer experimento en el que abríamos cada caja por arriba para saber
si estaba el átomo.
Paso número uno: me olvido de que el átomo es una bolita y pienso en su función de onda.
Paso número dos: le pregunto a la ecuación de Schrodinger cual es la forma de la función
de onda.
Ella me dice que, mientras las cajas sean buenas cajas, la función de onda está confinada
dentro de ellas, por lo que solo voy a detectar el átomo allí.
El hecho de que haya función de onda en ambas cajas es culpa de la máquina del azar.
En jerga cuántica, ella prepara el estado inicial.
Al colocar aleatoriamente el átomo, está repartiendo la función de onda entre las
dos cajas.
Paso número tres: transformamos la función de onda en probabilidades y, sorpresa, tenemos
un cincuenta por ciento en cada caja de encontrar allí el átomo, justo lo que exhiben los
resultados.
¿Todo correcto?
Pasemos al experimento número dos, en el que abrimos la abertura de una sola caja.
Bien, al abrir la abertura y soltar el átomo su función de onda reacciona a esta libertad.
La función de onda se propaga y oscila… como una onda.
Una onda esférica.
Debido a esto, las zonas de la pantalla más cercanas a la caja van a tener flechas más
grandes, pues la intensidad de una onda esférica disminuye con la distancia.
En consecuencia, cuando pasemos a probabilidades, las más altas estarán justo enfrente de
las cajas y se reduciran a lo largo de la pantalla, haciendo que el patrón sea el esperado.
Al ir abriendo a cada tirada una sola caja, la función de onda que suelto es la respectiva
de cada caja.
Si abro la roja la máxima probabilidad estará a la izquierda, si abro la azul estará a
la derecha.
Esta intermitencia forma el patrón que vemos experimentalmente.
Por último, el tercer experimento: al abrir ambas cajas simultáneamente y soltar a la
vez las dos funciones de onda, estas se van solapar.
Aquí está la magia, porque, tal y como ocurre como una onda, habrá zonas de la pantalla
en la que la f oscilen a la vez y, al combinarse, su amplitud se magnifique, mientras que haya
lugares en las que una oscilación esté retrasada respecto a la otra lo que, al sumarse, resultará
en una cancelación.
Esto repercute en las probabilidades: las zonas con las flechas amplificadas tendrán
probabilidades muy altas de tener colisiones, mientras que las zonas con flechas anuladas
tendrán poquísimas.
Es esta mezcla de combinaciones y cancelaciones las que forma el patrón del experimento tres.
Vamos con los chungo: colocamos detectores en las salidas de las cajas, ¿por qué surge
el patrón del experimento dos?
Porque cuando la función de onda se libera y el detector interactúa con ella, un extraño
proceso ocurre.
La función de onda cambia bruscamente: vale cero en todos los puntos del espacio excepto
en uno en el que hay un cien por cien de probabilidades de encontrar el átomo allí.
Hemos detectado el átomo.
Ahora conocemos su posición.
Este repentino proceso se llama “El colapso de la función de onda”, aunque normalmente
lo llamamos medir.
Los detectores no son los únicos que realizan este proceso, la pantalla también lo hace.
Cuando la función de onda llega hasta ella, la pantalla la colapsa y toma el valor resultante
como la posición del átomo.
El colapso sucede en consonancia con las probabilidades.
Ya que colapsar la función de onda implica detectarla, sucederán más colapsos en los
lugares donde la probabilidad sea más alta.
Pero la función de onda no se queda quieta después de eso.
Una vez la medición (y, por tanto, el colapso) ha acabado, ella sigue propagándose como
una onda esférica, en consonancia con su libertad, dándonos las nuevas probabilidades
de encontrar el átomo en un cierto lugar, de producir un segundo colapso en un sitio
en particular.
Fijaos, el hecho de realizar la medida de manera temprana, antes de que la pantalla
lo haga, es lo que cambia el patrón.
¿Véis la función de onda que sale de la otra caja?
Una vez haces la medida, esta función de onda muere.
Te has cargado la interferencia, por lo que la propagación de una sola onda esférica
te va a dar el patrón que vimos justo antes.
Al poner los detectores y prevenir la interferencia estás reproduciendo lo que conseguíamos
abriendo solo una de las cajas lo que, irremediablemente, nos va a dar el patrón del experimento dos.
Como veis utilizando la función de onda, las cuatro situaciones tienen una explicación.
Pero estoy seguro que no ha sido satisfactorio para vosotros.
Sí, esto funciona, pero preguntas muy serias surgen.
Las probabilidades que da la función de onda encajan con los resultados que vemos, pero
¿por qué encajan?
¿Es la función onda solo un buen modelo matemático y no deberíamos darle más vueltas
o está mostrando algo real?
¿Es la función de onda una especie de interacción que empuja al átomo dónde debe ir?
(lo cual os digo ya que no es) o, tal vez, el guiño que hacía el experimento con los
dos átomos a la vez es cierto y la función de onda es un reflejo del átomo estando en
muchos sitios del espacio al mismo tiempo.
O ¿es esto una estupidez y, hasta que yo haga una medida, la posición del átomo es
algo que está ontológicamente indefinido?
Y, hablando de medir, ¿qué demonios ha pasado?
¿por qué la función de onda reacciona así a usar al realizar una medida?
Al influir en el mundo a pequeña a escala con un objeto de las grandes escalas ¿estoy
corrompiendo su estado aislado?
¿o está ocurriendo algo más profundo?
Como véis no tengo respuestas para vosotros y no os voy a engañar: a dia de hoy no hay
respuestas científicas a estas preguntas.
Si quieres tener algún tipo de intuición cuando trabajas en cuántica, dar algún sentido
a estas entidades matemáticas, tienes que aferrarte a una de las distintas interpretaciones
filosóficas de la mecánica cuántica.
Estas interpretaciones no son, digamos, pura opinión: se realizan experimentos en todo
el mundo para descartar algunas de estas interpretaciones.
La verdad es que es un campo muy extenso y de muchos matices, por eso mismo el vídeo
sobre interpretaciones no saldrá pronto.
Si quiero que algo distinga a QuantumFracture es que aquí no se cuenten medias verdades.
El rigor científico es lo primero.
Pablo, mi asesor, y yo queremos estar a la altura del reto y ofreceros en el momento
correcto un vídeo acojonante.
Mientras, aún tenemos un montón de cosas de las que hablar: fenómenos cuánticos,
cómo la idea de función onda pasa al siguiente nivel...
Os explicaré todas ellas con el nivel de abstracción que merecen y si en alguna ocasión
me apetece visualicéis mejor alguna escena, os dejaré claro que estoy utilizando una
interpretación.
Así podréis distinguir con lo que es ciencia pura y dura de lo que no.
Espero que esté vídeo haya arrojado algo de luz al experimento de la Doble Rendija
y os espero las próximas semana con un poquito más de ciencia.
Y, como siempre, muchas gracias por verme.
