La Dualidad Onda-Partícula es una 💩
Hoy vamos a empezar a adentrarnos en el mundo de la mecánica cuántica por el buen camino,
lo que quiere decir que de Dualidad Onda Partícula… NADA. Estoy harto de su uso indiscriminado
en la divulgación científica. Os diré por qué. Ejem.
La dualidad onda partícula es una idea de la vieja escuela, usada por nuestros Antiguos
para entender este experimento que tenía a los físicos acojonados: el experimento
de la doble rendija, que ya explique un vídeo anterior. Y es que el patrón que aparece
cuando abrimos las dos cajas a la vez es muy similar al que obtendríamos con una onda.
Parece que el átomo sale de las cajas comportándose de manera ondulatoria, sumándose en ciertas
zonas y cancelándose en otras. Pero cuando llega a la pantalla, se comporta como una
partícula y la golpea en un solo lugar. Esta idea de que un objeto cuántico parece tener
una naturaleza bipolar, a veces de onda y a veces de partícula, es la llamada Dualidad
Onda Partícula o Dualidad Onda Corpúsculo. El señor De Broglie utilizó esta dualidad
para entender las órbitas de los electrones dentro del átomo de Bohr con muy buenos resultados
y, como no, nuestra amiga la luz ya llevaba un tiempo exhibiendo este comportamiento indeciso.
¡Sí! La dualidad onda partícula estaba muy guay en 1920, pero ahora estamos en el
maldito 2017. El entendimiento que tenemos de la mecánica cuántica es muy superior
y la realidad es que esta dualidad está obsoleta. No estoy diciendo que esté mal; la dualidad
usada en el momento correcto es una herramienta poderosa, lo que quiero decir es que sabemos
que no refleja bien como es el mundo. La odio porque cuando hablamos sin contexto
de la onda-partícula estamos dando a entender que todas las maravillas que un objeto cuántico
puede hacer, ya sea un átomo, un electrón o un fotón, las puedo explicar simplemente
pensando en él a veces como una partícula y a veces como una onda... ¡lo que es falso!
El efecto túnel, el entrelazamiento, los detalles finos de la estructura atómica.
Estas son cosas que no se pueden explicar solo con esta dualidad. Pensar de esta manera
ambivalente no basta para comprender todo lo que el mundo cuántico nos ofrece.
¿Por qué? Bueno, yo diría que el problema está en que queremos entender algo radicalmente
nuevo en términos de cosas que ya conocemos, de conceptos clásicos y esto no tiene por
qué funcionar. De hecho, no funciona. Una vez aclarado esto, os voy contar exactamente
como un físico ve el experimento de doble rendija sin la onda, la partícula y sus respectivas
madres. Todo comienza con el señor Schrödinger. Un buen día nos salió con una entidad matemática
que lo cambiaría todo para siempre. Esta entidad era una especie de campo, una cosa
que llenaba todos los lugares y que tenía un valor concreto en cada punto del espacio.
Algo parecido a un campo de temperaturas, que te dice los grados a los que esta cada
punto del espacio… Solo que en este caso en vez de grados en cada punto del espacio
había un número complejo. No puedo daros un curso avanzando ahora mismo,
pero quedaos con que un número complejo es equivalente a una flecha en un plano: apunta
hacia algún lugar y tiene un cierto tamaño. Schrödinger le dio a todo este conjunto infinito
de flechas un nombre: La Función de Onda. ¿por qué la llamó así? Bueno, Schrödinger
no solo había parido la criatura, también había descifrado cómo cambiaba dependiendo
de la situación: si metías la función de onda dentro de una caja las flechas eran de
una manera; si la ponías cerca de un muro, eran de otra y si la dejabas suelta, de otra
distinta. La cuestión es que en las mayoría de los casos estas flechas parecían oscilar,
al igual que lo hace una onda. Supongo que Schrodinger se inspiró en eso.
Por cierto, la “bola de cristal” que te dice cómo se va comportar la función de
onda dependiendo de dónde la metas es la famosa Ecuación de Schrödinger.
Vamos a lo jugoso: este bicho matemático ¿qué tiene que ver con la realidad? Bien,
Born se dio cuenta que si cogía la longitud de cada flechita, elevaba ese valor al cuadrado
y reemplazaba la flecha por ese número, obtenía otro campo que conseguía capturar la esencia
del mundo cuántico. En particular, cuando ponían juntos un montón
de resultados de la doble rendija, se percataron que el valor de este nuevo campo era muy alto
en los lugares en donde habían chocado muchos átomos, y muy bajo en los que habían chocado
muy pocos. Este cuadrado de la función de onda te estaba diciendo cuál iba a ser la
colocación de los átomos si lanzabas un montón de ellos.
Dicho de otra manera, si lanzabas un solo átomo, el cuadrado de la función de onda
te está contando qué probabilidad tienes de encontrar al átomo en un determinado lugar.
Es utilizando esto como los físicos entendemos la doble rendija: nos olvidamos que el átomo
es una bolita que sigue un camino, cogemos la ecuación de schrödinger, sacamos la función
de onda correspondiente a esta situación, hacemos el truco de coger la longitud de la
flecha al cuadrado, y ya tengo las probabilidades en medir el átomo en un cierto lugar y en
un cierto momento del tiempo. Si hago un montón de detecciones, el cuadrado de la función
de onda me está representado la distribución de estas medidas. En todos los casas: La función
de onda funciona como un reloj. La gran pregunta es ¿cómo lo hace? ¿qué
es verdaderamente la función de onda? ¿que está reflejando del mundo real? La respuesta
corta es que no lo sabemos. Una vez te cuestionas esto, entras en el fangoso terreno de las
interpretaciones de la mecánica cuántica. Hablaré de ellas en próximos vídeos.
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