El experimento de la "Doble rendija"

Hoy voy a contar una bonita historia sobre el poder de la curiosidad y de la inteligencia humanas.

Había una vez unos seres peculiares, llamados físicos, que, casi desde siempre, habían tenido mucho interés por saber si la luz, esa radiación tan alegre que permite que veamos nuestro mundo, estaba formada por ondas, como las que se producen en el agua cuando tiras una piedrecita, o por corpúsculos o partículas, o sea pequeñas pelotitas de energía o materia, por decirlo de algún modo. Había una calurosa controversia con eso.

Ya en tiempos de Newton, en 1690, éste y otro señor llamado Christian Huygens, 13 años mayor, lo discutían. Huygens propuso que la luz se transmitía en ondas esféricas que se propagan a partir de una fuente luminosa. Pero Newton, que era mucho Newton, se encocoró y rechazó violentamente esa teoría ondulatoria exclamando: ¡¡qué no, porras, qué no, Huygens, que así no puedes explicar que la luz se propague en línea recta, hombre!!”. Entonces propuso, en 1704, que la luz se estaba compuesta por corpúsculos o partículas diminutas.

Debido a que Newton tenía ya cierta influencia y reputación en el mundo científico por el éxito de su ley de Gravitación Universal y a que Huygens no era muy ducho con las matemáticas para desarrollar su hipótesis, la teoría ondulatoria quedó descartada durante un siglo.

Entonces, en el año 1803, llega nuestro héroe, Thomas Young, el protagonista de nuestra historia de hoy, y planteó un experimento de una pasmosa sencillez en su genialidad y de profundas consecuencias.

Se trata del experimento “DE LA DOBLE RENDIJA”, considerado uno de los diez más hermosos y elegantes de la física. Este físico demostró con este experimento que la luz estaba formada por ondas, o sea que su naturaleza era ondulatoria.

¿Y CÓMO LO HIZO?

Pues cogió una pantalla e hizo un pequeño agujero del tamaño de un alfiler en ella. Por ese agujero entraba un hilillo o haz de luz solar proyectado por un espejo.  Frente a esta fuente de luz colocó otra pantalla opaca, pero a ésta le hizo dos cortes, ranuras, hendiduras o rendijas (de ahí el nombre del experimento).

Los cortes eran algo menores que el haz de luz, no más anchos que el filo de una hoja de afeitar, casi tan estrechos como la longitud de onda de la luz incidente, y estaban muy cerca el uno del otro, de tal forma que la luz al pasar por ellos se difractaba en los bordes (se producía una desviación respecto a su propagación rectilínea, ya que la luz se dobla alrededor de los cantos o perfiles agudos.) en forma de delgado abanico. Cada uno de los dos agujeros podía ser tapado con un trozo de tela para que no pasara la luz por él.

Al otro lado de la pantalla que tenía la doble ranura había una pared oscurecida en la cual podía incidir la luz que penetraba por las dos rendijas. Es decir, que en ella se veía o proyectaba el resultado producido al pasar la luz por las rendijas.

Pues bien, cuando se dejó incidir la fuente de luz y una de las rendijas se tapó, la pared de proyección se iluminó con una franja, de forma similar a como si enviáramos balas o partículas, aunque con una cierta difracción de los bordes, como hemos dicho.

Hasta ahí la cosa iba según lo previsto por la tradición establecida por Newton de que la luz era corpuscular. Pero al destapar Young las dos rendijas, ¡TACHÁN! se produjo algo inesperado y con ello se hizo historia.

La proyección en la pared se suponía que debía ser la suma de la luz de las dos rendijas, es decir, la pared estaría iluminada en todos y cada uno de los lugares a los que llegase la luz de ambas rendijas, pero no fue así.

¡En vez de ello la pared se iluminó con bandas alternativas de luz y oscuridad! La banda del centro era la más luminosa. A ambos lados de la banda luminosa central había bandas de oscuridad; a los lados de éstas, bandas de luz, pero menos intensas que la banda del centro, después nuevas bandas de oscuridad y así sucesivamente.

¡Caray, BANDAS OSCURAS!, ¿Y ESO POR QUÉ?…

La simplicidad de la respuesta es lo que hace tan importante a este experimento. Las bandas alternativas de luz y oscuridad eran un fenómeno bien conocido en relación con las ondas por la sencilla razón de que se produce interferencia entre ellas.

Y eso es lo que ocurre con las ondas de luz difractada procedente de los dos cortes. Ellas interfieren entre sí: chocan, se cruzan o se interceptan las unas con las otras. Es decir, que cuando hay más de una rendija se produce un fenómeno de difracción combinado con uno de interferencia.

Esto es lo que se llama un PATRÓN DE INTERFERENCIAS: bandas claras y oscuras alternadas. Las bandas claras se producen cuando las dos ondas se superponen y se refuerzan una a otra. Las bandas oscuras cuando las ondas se cancelan.

Me explico: en las zonas donde una cresta de onda se superponía a otra cresta de onda (las partes más altas de las ondas) el resultado era una intensificación de luz (las bandas luminosas). En zonas donde la cresta encontraba un seno (la parte más baja de las ondas), se cancelaban mutuamente y la luz no llegaba a la pared, produciéndose una franja oscura.

Esto se ha comparado con lo que ocurre cuando lanzamos dos piedras al mismo tiempo a un estanque. Las ondas de agua se extienden partiendo de sus puntos centrales (los de choque de la piedra). Las ondas causadas por las piedras interfieren entre sí. En los lugares donde las crestas de las ondas causadas por una piedra se encuentran con las crestas de las ondas causadas por la otra piedra, el resultado son ondas mayores. En lugares donde los senos de las olas causadas por una de las piedras coinciden con las crestas de las olas originadas por la caída de la otra piedra, el agua se calma y no hay onda.

Total, que según este experimento, como hemos dicho, la luz se propaga en forma de ondas (LA LUZ ES UNA ONDA), porque sólo lo que ondula puede producir ese patrón de interferencias.

Pero después, en el año 1900, llega un señor muy listo también, llamado Max Planck, que sentía curiosidad por saber por qué los cuerpos negros, esos que son tan cenizos egocéntricos que absorben toda la radiación que reciben, cuando se calientan se van animando y poniendo contentos y brillan y cambian de color. Se ponen rojos, azules, etc., según la radiación de onda que emitan.

Pero cuidado, que lo que emiten es el exceso de energía, la luz o radiación que se produce al calentarlos, no lo que ellos absorben normalmente de forma espontánea. Es decir, si le das calor, te devuelve energía, pero él no suelta prenda de lo suyo, de lo que ya tenía. Cuanto más caliente está el cuerpo, más radiación emite (lógico).

Pero vayamos a la cuestión importante. Y es que nuestro amigo Planck descubrió, aunque en principio sólo fue una suposición o argucia matemática (muy astuto el hombre) para explicar los hechos reales, que los electrones de un átomo (los de un cuerpo negro calentado) oscilaban al ser excitados por la energía (calor), y absorbían esa energía o radiación sólo en cantidades concretas, discretas, a cortos chorros, trozos o saltitos, y luego, al dejar de calentarse, la emitían hasta llegar al nivel energético más bajo.

Los otros físicos en el año 1900, presumían, en cambio, que los electrones radiaban la energía suavemente y de manera continuada, sin ningún salto, hasta que descendían “corriendo” y su energía se disipaba.

Pero esta hipótesis tenía el inconveniente de que no explicaba los fenómenos producidos por la radiación de longitud de onda corta (o frecuencia alta, ya que las ondas de mucha frecuencia tienen menor longitud de onda y viceversa), que es la de la luz ultravioleta. A esto se le llamó, muy dramáticamente la “catástrofe ultravioleta”. ¡Pabérnos matao!

Para entendernos, de tú a tú, de modo sencillo y práctico (léase física para tontos como yo) es como si Planck dijese que la energía que puede tener la materia fuera una escalera y no una rampa continua (como interpretaban los otros físicos), y nosotros podemos hacer que el electrón suba un escalón de la escalera, o dos, o tres… (según la energía o el calor que le apliques. Si le metes un patadón del quince sube los escalones de cinco en cinco)… pero NUNCA que se quede entre dos escalones.

Es decir, el electrón salta de un escalón al otro, pero no pasa por la zona intermedia entre escalones, porque es así de chulo.

Cada onda de luz, según su color, tiene su propia medida de escalón o energía. La energía en cada escalón de un color en particular resulta de multiplicar la constante de Planck, que se llamó así en su honor, por la frecuencia de esa luz. Planck, entonces, fue el primero que habló, para referirse con más propiedad a esos escalones, de “paquetes de energía” y de “osciladores cuantificados”.

Aunque no fue él el que acuñó el nombre de “quanto” de energía, sino que fue otro caballero, y de ese “quanto” es del que procede, evidentemente, el concepto de física cuántica.

Pero llega Einstein en 1905, y con él llega el escándalo (¡Escáaandalooo, es un escáaandalo!). Einstein se fija en la hipótesis de Plank y exclama: “¡¿Sabes que este Planck es un tío grande!? Lo que “plancktea” tiene mucho sentido y su fórmula predice muy bien las observaciones realizadas”. Luego, claro, se hicieron amiguetes ambos.

Entonces Einstein, aprovechando esta visión de Planck, establece su propia teoría de la luz y dice que LA LUZ ESTÁ COMPUESTA POR PEQUEÑÍSIMAS PARTÍCULAS (¿Qué dice éste? ¿Pero no era una onda? ¡Me están liando!).

¿A qué llaman estos señores una partícula o corpúsculo? Pues veamos: a diferencia de una onda, que es una perturbación que se expande con picos y valles y en la que se producen interferencias, parece que una partícula es un elemento físico localizable que tiene una masa definida.

Su característica esencial es que puede colisionar con otras partículas, tal como hacen en el acelerador de suiza, que allí se pegan unas leches a una velocidad vertiginosa cercana a la de la luz, que no se desgracian de milagro.

En las colisiones hay, generalmente, transferencia de energía y cambios de dirección en el movimiento de las partículas. Digo yo que si colisionan a esas velocidades y se quedasen tan tranquilas sería para hacérselo mirar.

Otro punto importante es que en su evolución, una partícula sigue un camino en el espacio que llamamos trayectoria, “talmente” como los misiles.

Un rayo de luz, venía a decir Einstein, es análogo a una ráfaga de balas. Ahora me explico que cuando me pongo al sol media hora me salen ampollas y ronchas: eso son las balas, seguro.

Cada uno de los proyectiles es llamado un FOTÓN, que de aquí vendrá lo de fotomatón. Eso era parecido a lo que proponía Planck, pero Einstein iba un poco más lejos. Planck descubrió que la energía era absorbida y emitida en paquetes, que van con lazos cuando celebran cumpleaños.

Einstein sentó la teoría de que LA ENERGÍA “EN SÍ” ESTÁ CUANTIFICADA (es decir, ella misma, en su mismidad, mismamente, tiene quantos. ¡Esto parece filosofía, leñe!)

Para probar su teoría, Einstein, recurrió a un fenómeno llamado el EFECTO FOTOELÉCTRICO, que consiste en que cuando los proyectiles de la luz golpean (inciden) en la superficie de un metal, hacen saltar electrones liberados de los átomos del metal y los mandan “a tomar Fanta”, exactamente igual que haría una bola de billar cuando choca con otra y la desvía.

Con el equipo adecuado pueden contarse estos electrones y medir la velocidad con que se desplazan.

En resumen, Einstein demostró, utilizando el efecto fotoeléctrico, que la luz está formada de partículas, llamadas FOTONES, y que los fotones de la luz de alta frecuencia tienen mayor energía que los fotones de la luz de baja frecuencia.

Eso significó un trascendental logro. Hay que decir que, aunque el fotón se considere una partícula, no tiene masa, pero sí unas características “elásticas” peculiares, por comentarlo sencillamente, que le permiten actuar como partícula.

Pero ahora, con la teoría corpuscular de Einstein, se presenta el problemilla. Y es que, como hemos visto, ciento dos años antes, Thomas Young, con su doble rendija, había demostrado que LA LUZ ESTABA FORMADA POR ONDAS.

Y nadie, ni siquiera Einstein, llegó a estar en condiciones de probar que estaba en un error. Y ahora Einstein te dice que LA LUZ ESTÁ FORMADA POR PARTÍCULAS.

¿Y ahora qué hacemos? -se preguntaron los físicos-. Pues la respuesta era clara, al menos de momento, y es que había que aceptar que las ondas (pues la luz es una onda) también pueden actuar como partículas.

Si esto es así, se nos podría ocurrir preguntarnos: ¿y las partículas, pueden actuar como ondas?

Pues eso es precisamente lo que se preguntó nuestro próximo genio, nada menos que un Duque o un Príncipe, no sé muy bien, Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie, en su tesis doctoral de 1924.

Sólo con la ristra de nombres que lleva se nota que es de rancio abolengo. El noble físico no sólo se lo preguntó, sino que lo afirmó y lo argumentó matemáticamente: SI LAS ONDAS SON TAMBIÉN PARTÍCULAS, ESO QUIERE DECIR QUE LAS PARTÍCULAS SON TAMBIÉN ONDAS.

Dar la vuelta a la afirmación puede parecer una bobada en principio. Pero nada de eso, ni mucho menos. Ya sabemos que la lógica puede ser engañosa y que, aunque digamos que todos los madrileños son españoles, eso no quiere decir que todos los españoles sean madrileños.

La idea de De Broglie es de una sencillez tremenda, pero las conclusiones y las consecuencias conceptuales sobre cómo es el Universo y lo que nos rodea son impresionantes, porque implica que toda la materia es ondulatoria, incluso nosotros, sí, incluso TÚ.

Somos seres ondulatorios, con múltiples ondas complejas. Y entonces, ¿cómo nos vemos o parecemos tan sólidos? Pues porque vibramos muy rápido. Es decir, que, paradójicamente, cuando más rápido nos movemos, parecemos más estáticos, no notamos el cambio. Igual que no notamos pasar los diferentes quantos de luz o fotones sino un rayo de luz continuo, porque los fotones van que se matan.

De Broglie planteó su razonamiento como una hipótesis, como una suposición.
Hacía falta comprobarla para ver si era cierta o no. Si la aceptamos, no tenemos más remedio que reconocer que, la materia, por ejemplo, los electrones, no sólo son partículas diminutas con masa y carga negativa, que giran alrededor del núcleo atómico, sino que ¡son también ondas!

Pero claro, lo mismo sucede con los protones, los neutrones…Toda la materia que conocemos, lejos de ser sólida, es una “maraña de ondas” vibrando constantemente. Pues bien, ahora se nos plantean una serie de incógnitas: ¿Cómo comprobar que la suposición de De Broglie es cierta?

Si las partículas son ondas pero no de luz sino de “otra cosa”, ¿de qué “están hechas” esas ondas? ¿Qué oscila en ellas?¿Por qué cuando miramos al mundo a nuestro alrededor no vemos las partículas como ondas? Si todas las ondas son partículas y todas las partículas son ondas, ¿cuál es la diferencia entre una partícula y una onda?

Para responder a algunas de estas cuestiones (a las otras no nos da tiempo) ¿cómo pensáis que experimentaron? Pues echaron mano de nuestro estupendo EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA, síiiiiiiii.

Es que es tan versátil, ainsss, que se sigue reevaluando constantemente en la actualidad, introduciendo modificaciones y variantes.

También se puede hacer de modo casero. Os animo a probarlo siguiendo algún vídeo del youtube. Démosle la bienvenida de nuevo con un aplauso (¡plas!, ¡plas!, ¡plas!).

En 1961 la tecnología permitía disparar chorros de electrones, es decir, partículas, y se dispusieron a jugar con ellos y las rendijas.

Ahora bien, ¡¡¡¡¡cuidadín!!!!!, hay que tener en cuenta que este nuevo experimento difiere del de Young. Éste pretendía demostrar las propiedades ondulatorias de la luz, pero el de la doble rendija con electrones es para demostrar la dualidad onda-partícula en mecánica cuántica.

Es decir, no tienen mucho que ver. En el de Young la interferencia es debida al campo electromagnético, pero en el experimento cuántico, como ya veremos, la interferencia se debe a la función de onda de cada electrón.

Estamos en otro ámbito distinto, ya no es el macroscópico de la luz visible, sino el microscópico de la fascinante FÍSICA CUÁNTICA.

El experimento se hizo en cinco fases. En vez de una pared, porque ahí poco íbamos a ver, los efectos del experimento se proyectan en una placa fotográfica sensible a los electrones.

PRIMERA FASE:
Se coge una pistola y se lanza un chorro de electrones-superproyectiles por una de las dos rendijas. La otra queda cerrada. Los electrones se comportan como partículas, tal como era de esperar.

SEGUNDA FASE:
Se lanza la andanada de electrones por ambas rendijas abiertas a la vez. Como ya no estamos tratando con ondas como en el caso de la luz, sino con partículas, lo que se esperaba es que unos electrones pasaran por una rendija, otros por otra, de tal forma que se dibujaran dos bandas en la placa fotográfica de proyección, una por cada rendija y paralelas a las mismas.

Era lo lógico. Pues no, no les dio la gana. Lo que se proyectó fue… un patrón de interferencia, como si se tratase de ondas.

“No es tan raro” -se dijeron- “como habíamos predicho, las partículas todas juntas se comportan como onda, interfiriendo unas con otras, y formando un patrón de interferencia. Eso lo explica todo.”

En efecto, eso lo explicaba todo. Sólo que no era lo que pasaba.

TERCERA FASE:

Se repite el experimento y se prepara como la vez anterior, pero esta vez LANZANDO ELECTRONES DE UNO EN UNO, en vez de lanzarlos en chorro y a lo loco.
Primero lo hacemos con una rendija abierta y la otra cerrada.
Disparamos el electrón, pasa por la rendija y marcamos el lugar donde pegó en la pared (empleando una placa fotográfica).
Puesto que hicimos el otro experimento anteriormente apreciamos curiosamente que el electrón ha dado en una zona que estaría oscura si la segunda rendija hubiera estado también abierta.
Es decir, que si la segunda rendija hubiera estado abierta, allí no hubiera tocado ningún electrón, porque de otra forma esa zona estaría iluminada y no oscura.

CUARTA FASE:
Repetimos el experimento con las dos rendijas abiertas, pero lanzando igualmente los electrones de uno en uno, uno detrás de otro.
Así suponían que cada electrón escogería pasar por la rendija 1 o la rendija 2, no habría otros electrones con los que chocar, y se dibujaría, por fin, las dos bandas esperadas.
Pusieron la máquina en marcha que lanzó un electrón, y se proyectó en la placa. Lanzó luego otro, más tarde otro, y otro, y otro… se fueron a tomar unos boquerones en vinagre con unas cervezas, y la dejaron lanzando electrones, como si fuera una máquina de lanzar pelotas de tenis.

Cuando volvieron se habían proyectado unos cuantos cientos de miles… y habían dibujado… ¡un patrón de interferencia!

“¿EIHMMM?” -expresaron asombrados con el ceño fruncido-. Para que se dibuje el patrón de interferencias, es necesario que las partículas choquen unas con otras… Pero ¿cómo era posible que los electrones uno a uno dibujaran un patrón?

 Nuestros científicos estaban al borde del colapso. Lo que pensaron entonces era que también podría estar pasando que el electrón eligiera los dos caminos a la vez.

Pensaban que el electrón debía interferir con algo para dibujar un patrón de interferencia, y ese algo sólo podía ser… ¡ÉL MISMO!.

Con esto se refieren a que de alguna manera, el electrón se dividía antes de las rendijas, pasaba por ellas y luego las dos partes chocaban al otro lado, y en éste choque, se comportaba como onda y dibujaba el patrón de interferencia.
Era descabellado, pero no se lo podían explicar de otra forma y para comprobar eso era necesario observar directamente al electrón cuando pasaba por las rendijas.

QUINTA FASE:
Esta fase del experimento consistió en colocar un observador, es decir, algún mecanismo que permitiera ver qué pasaba cuando el electrón disparado por el cañón de partículas llegaba a la doble rendija.

Pero ¡oh sorpresa!. Cuando se modificó el experimento y se introdujo un instrumento de medición que describiera el camino que hacía el electrón, o sea cuando se le observó, el electrón dejó de dibujar un patrón de interferencia.¡¡¡Sólo por ser observado!!. De locura.

Esto es lo que se llama EL COLAPSO DE LA FUNCIÓN DE ONDA.
Es decir, que cuando se coloca un observador la onda deja de existir y el electrón actúa como partícula.

¿QUÉ CONCLUSIONES SACARON DE TODO ESTO?

Feynman dijo que este experimento contenía todos los secretos de la cuántica por muchas razones.

Comentaré algunas de ellas, siguiendo más que nada interpretación de Copenhague que es, probablemente, la más común y a la que se han adherido la mayoría de los manuales de mecánica cuántica tradicionalmente.

Es debida inicialmente a Niels Bohr y el grupo de físicos que trabajaban con él en Copenhague hacia 1027.

Estas conclusiones o interpretaciones suponen un cambio de paradigma respecto a la física clásica (la de Newton y la Teoría de la Relatividad de Einstein, que siguen siendo válidas para el mundo macroscópico, el que vemos, pero no para el subatómico) y son un desafío a nuestro sentido común

1.- LA DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO.

Como hemos visto, este fue (es) uno de los más espinosos problemas, porque a los físicos les gusta tener teorías limpias y claras que lo expliquen todo y rezaban: “Que sea onda o que sea partícula, pero las dos cosas NOOOO, por favor, Virgencita, te lo ruego”.

Después de éste y otros experimentos, tuvieron que tragarse que en la materia se da esa dualidad onda corpúsculo, una situación nada clara.

En realidad es más bien bastante turbia, desordenada y ello ha obligado a los físicos a aceptar nuevos modos de percibir la realidad física.

Lo curioso es que estos nuevos marcos conceptuales son considerablemente más compatibles con la naturaleza variable y múltiple de la experiencia personal que lo fueran los antiguos.

Pero aclaremos: cuando decimos que la materia posee la dualidad onda-corpúsculo, no implica que sea ambas cosas a la vez, onda y corpúsculo, sino de que la materia a veces muestra comportamiento de onda y otras de partícula.

Pero las dos descripciones, la ondulatoria y la corpuscular, son necesarias para comprender el mundo cuántico (esto es lo que defiende el PRINCIPIO DE COMPLEMENTARIEDAD DE BOHR).

La materia se comportará de una forma u otra dependiendo del tipo de experimento, pero no se puede diseñar un experimento que muestre ambas cosas.

Si decimos que algo es una onda o un corpúsculo, no nos estamos refiriendo a si son puntitos o si son contracciones y dilataciones de algo, sino que nos referimos simplemente a lo que vemos que hacen, sus EFECTOS.

Quedaos con ésta conclusión: podemos experimentar con la materia, pero los experimentos en sí nos muestran efectos propios de la idea de onda o de la idea de partícula, lo que quiere decir que la materia no es exactamente ninguna de las dos cosas.

 2.- LA ONDA DEL ELECTRÓN

¿Os produce curiosidad saber de qué está hecha la onda que produce el electrón al estar abiertas las dos rendijas? ¿qué es lo que oscila ahí, eh, eh?.

Para resolver la aparente paradoja de la dualidad onda-corpúsculo del universo (nótese el ingenio y la audacia para proponer algo tirado de los pelos), algunos físicos sugirieron que tal vez no deba pensarse que la materia está formada por ondas de materia, sino más exactamente, como ONDAS DE PROBABILIDAD, ¡toma castaña!.

Es decir, cuando el electrón está en tránsito, no existe como un único objeto. Durante esa fase parece capaz de manifestarse y de existir (y no existir en las bandas oscuras) como varias estados probables distintos de sí mismo y “husmea” todos los senderos que se le abren simultáneamente y que le están permitidos. Sólo al llegar a la placa vuelve a su estado de partícula solitaria.

Esos estados probables son lo que se llama FUNCIÓN DE ONDA del electrón.
O sea que lo que ondula, lo que oscila en relación al electrón NO SON ONDAS MATERIALES, sino ONDAS CUÁNTICAS DE PROBABILIDAD.(La ECUACIÓN DIFERENCIAL DE SCHRÖDINGER es la que se utiliza para calcular las probabilidades de las funciones de onda).

Esto quiere decir que a nivel subatómico, la materia no existe con seguridad, sino más bien “muestra tendencia a existir”.

La probabilidad en sí no es nueva, pero sí lo es ese tipo de probabilidad. Se refiere a una “tendencia a ocurrir”, una tendencia que de un modo indefinido existía en sí misma, aun cuando nunca llegara a convertirse en suceso.

Eso es, como puede verse, algo bastante diferente de la probabilidad tomada en el sentido clásico. Si tiramos un dado en un casino de juego, sabemos, gracias a la clásica ley de probabilidades, que la posibilidad de obtener un número determinado de antemano es de uno contra seis.

Pero la onda de probabilidad significa bastante más que eso. Significa una tendencia hacia algo, que son “tendencias a ser”, potencialidades que les permiten existir en más de un lugar al mismo tiempo.

Antes de que el electrón del experimento haya dejado su marca en la placa fotográfica (cuando hacemos la observación), lo mas que podemos decir de él, es que se asemeja a un fantasma y parece existir al mismo tiempo en todos sus trayectos posibles.

3.- EL COLAPSO DE LA FUNCIÓN DE ONDA

Otra pregunta que podemos hacernos es, ¿qué ocurre cuando colapsa la función de onda del electrón? ¿qué pasa con todas esas “tendencias a ser” de la función de onda que no se han producido?

Para ilustrar este asunto vamos a utilizar al «GATO DE SCHRÖDINGERr», que es el que resume las diferencias entre: La FÍSICA CLÁSICA, la INTERPRETACIÓN DE COPENHAGUE de la Mecánica cuántica y una interpretación muy simpática y atractiva que es la de los MUNDOS MÚLTIPLES de la Mecánica cuántica.

El «Gato de Schrödinger» es un dilema teórico (no es un experimento práctico, nadie ha metido un pobre gatito en una caja para hacerlo), llevado al extremo, paradójico y esquizofrénico, una locura. y presentado por el famoso descubridor de la ecuación de onda que nombramos antes:

Se mete a un gato dentro de un cajón. En el interior de la caja hay un aparato que puede dejar escapar un gas que mata instantáneamente al gato.
Un suceso casual (la desintegración radiactiva de un átomo) determina si el gas es emitido o no. No hay otra forma de saber si el gas ha sido emitido o no, salvo mirar dentro del cajón. La caja es sellada y el experimento da comienzo.
Un momento después, el gas ha sido emitido o no. La pregunta no tiene respuesta sin mirar lo que ha ocurrido en el interior de la caja.
De acuerdo con la física clásica, el gato está muerto o no lo está.
Todo lo que tenemos que hacer es abrir el cajón y ver cuál es el caso.

De acuerdo con la mecánica cuántica la solución no es tan simple. La Interpretación de Copenhague de la Mecánica cuántica dice que el gato está en una especie de limbo representado por una función de onda que contiene la posibilidad de que el gato esté muerto y, también, la posibilidad de que el gato siga vivo.

Cuando abrimos el cajón y no antes (cuando colapsa la función de onda), una de las dos posibilidades se realiza y la otra desaparece.
Es necesario mirar en el interior de la caja antes de que una de esas posibilidades pueda ocurrir. Hasta entonces no es más que una función de onda.
Desde luego eso no tiene sentido. La experiencia nos dice que lo que metemos en el cajón es un gato y un gato es lo que continúa estando dentro del cajón y no una función de onda.

La única cuestión es si el gato es un gato vivo o un gato muerto. Pero lo cierto es que dentro del cajón hay un gato, tanto si miramos dentro o no.
Esto no conlleva diferencia alguna en lo que al gato se refiere. Su destino estaba decidido al comienzo del experimento.

El punto de vista del sentido común es el punto de vista de la física clásica.
De acuerdo con la física clásica podremos llegar a saber algo mediante la observación. De acuerdo con la mecánica cuántica el suceso no se produce hasta que lo observamos. Por consiguiente, el destino del gato no queda determinado hasta que miramos en el interior de la caja.

La Interpretación de los Mundos Múltiples de la Mecánica cuántica y la Interpretación de Copenhague de la Mecánica cuántica coinciden en que el destino del gato no queda determinado hasta que miramos en el interior del cajón.

Lo que ocurre después de que hemos mirado en el interior del cajón dependerá de la interpretación que decidamos seguir.

De acuerdo con la Interpretación de Copenhague en el instante en que miramos en el interior del cajón una de las posibilidades contenidas en la función de onda se realiza y la otra se desvanece. El gato quedará, pues, vivo o muerto.

De acuerdo con la Interpretación de los Mundos Múltiples, en el instante en que nosotros miramos en el interior del cajón, el mundo se divide, se rompe, en dos ramas, cada una de las cuales con una distinta «edición» del gato.

La función de onda que representa el gato no se derrumba. El gato está al mismo tiempo vivo y muerto. En una rama del mundo el gato está muerto y eso es lo que nosotros vemos. En otra rama del mundo el gato está vivo y eso es lo que nosotros vemos. En ambas ramas del mundo son distintas ediciones de nosotros los que realizan la contemplación.

En resumen, la física clásica dice que aquí hay un mundo, tal y como aparece, y es así.
La física cuántica ofrece la posibilidad de que esto no sea así.

La Interpretación de Copenhague de la Mecánica cuántica elude una descripción de lo que sea el mundo «realmente», pero llega a la conclusión de que sea como sea no es sustantivo (compuesto de sustancia) en el sentido usual de la expresión.

La Interpretación de los Mundos Múltiples de la Mecánica cuántica nos dice que vivimos simultáneamente en varios mundos, un número incontable de ellos y todos ellos son reales. Hay, incluso, otras interpretaciones de la mecánica cuántica, pero todas ellas son fantásticas en algún sentido. Pura ciencia ficción.

4.-EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE.

En el experimento de la doble rendija sabemos todo lo que podemos saber sobre las condiciones iniciales y, sin embargo, no podemos predecir correctamente lo que les sucederá a los electrones individualizados, puñeteros escurridizos.

Todo lo que podemos decir de un electrón (o cualquier otra partícula subatómica), aislado, es la probabilidad de que lo encontremos en un determinado lugar.

Uno no sabe dónde, en qué punto de la pantalla impactará un electrón lanzado a la doble rendija.

Lo que podemos saber es que hay mayor o menor probabilidad de que impacte en una zona u otra (zonas claras o zonas oscuras).

Así que esto nos está diciendo que en el mundo cuántico hemos de olvidarnos de certezas teóricas y hacer predicciones dando la probabilidad de que ocurran varias posibilidades todas ellas permitidas por la física.

Este principio se ve más claramente cuando se refiere específicamente a la de la trayectoria, es decir la combinación de la posición y el momento (velocidad por la masa).

Heisenberg señaló que mediante un procedimiento experimental se puede determinar la velocidad o el instante (el momento en su acepción física) de la partícula, y mediante otro procedimiento, la posición; pero NUNCA SIMULTÁNEAMENTE ambas mediciones, que son los ingredientes básicos para determinar la trayectoria.

Hay que decir que este principio se debe a la propia naturaleza de la materia y no a la imprecisión del aparato ni a los efectos del observador, efectos con los que a veces se confunde y que también pueden producirse.

5.-LA SUPERPOSICIÓN CUÁNTICA

La superposición cuántica es como el don de la ubicuidad de los santos e iluminados.
Se deriva de la función de onda del electrón, y es, como hemos visto la cualidad de las partículas para poder estar (como potencialidades) en múltiples lugares al mismo tiempo.
Esto obliga a replantearse el concepto que tenemos del Universo que habitamos, puesto que si no podemos establecer a priori una localización para un elemento ya nada es predecible ni existe un futuro predeterminado.
Todas las opciones son posibles en un primer momento. En esta característica, junto a la del entrelazamiento cuántico, que veremos a continuación, se basan los ordenadores cuánticos que se están intentando llevar a cabo.

6.-EL ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO

Este principio podrán entenderlo muy bien las almas gemelas, los enamorados, los adictos de cualquier tipo. Para plantearlo, nos hacemos una pregunta: “¿Cómo sabía el electrón en la tercera fase del experimento (en la que se lanzan los electrones de uno en uno con sólo una rendija abierta) que la segunda rendija no estaba abierta?¿No es curioso eso?

Si ambas rendijas están destapadas, siempre existen bandas alternativas de luz y oscuridad. Esto significa que hay zonas en las que nunca toca un electrón (de no ser así no habría ninguna zona de oscuridad).
Si una de las rendijas está cerrada no se producen interferencias y las bandas desaparecen: todas las zonas se iluminan, incluso aquellas que quedaban a oscuras cuando ambas rendijas estaban abiertas.
Cuando «disparamos» nuestro electrón y éste pasa por la primera rendija, ¿«sabe» que puede ir a una zona que tendría que estar en la oscuridad si ambas rendijas estuvieran abiertas?

O, en otras palabras, ¿cómo sabe el electrón que la otra rendija está cerrada?
Alguno ha pensado que, precisamente, éste es el misterio central de la teoría del quanto, es decir, cómo se transmite la información tan rápidamente.

Algunos físicos como E. H. Walker especularon con la posibilidad de que los fotones sean conscientes. Claro que se trataría de una consciencia no pensante.
Otra explicación distinta a la de «saber» podría ser la sincronicidad, el principio de conexión no causal de Jung.

Esto se ha explicado actualmente a través de lo que se ha llamado entrelazamiento cuántico, que no sería más que una consecuencia de la extraña “realidad” de las ondas probabilísticas y por el cual todos los elementos de un mismo sistema se influyen unos a otros sin necesidad de estar en contacto.

Por ejemplo, si hacemos un experimento de la doble rendija, pero dual, con detectores de partículas y electrones entrelazados, los cuales constituyen una sola entidad, entre éstos se produce una transferencia de información superlumínica (comunicación más rápida que la la luz) sin necesidad de señales entre ellos.

Esto es lo que Einstein llamaba “espeluznante acción a distancia”, que no aceptaba muy bien y le producía escalofríos al genio.

7.-LA REALIDAD COMO UN TODO ORGÁNICO

De la conexión íntima entre los elementos de la naturaleza (superposición y entrelazamiento) y la función del observador como posible “creador” de realidad (colapsador de la función de onda), podemos inferir la concepción de la realidad como un todo, del cual las cosas son una forma.

El físico Bohm afirmaba precisamente esto: que el nivel más fundamental de la realidad es un todo inseparable que es, en sus propias palabras, «aquello-que-es». Todas las cosas, incluso el espacio y el tiempo y la materia y el pensamiento, son formas de «aquello-que-es».

Nuestro forma de pensar está basada en la mentalidad griega antigua y el punto de vista cartesiano. Para nosotros «las cosas» están intrínsecamente separadas.
La física de Bohm requiere, de acuerdo con sus palabras, un nuevo instrumento de pensamiento, que cambiaría de forma radical la consciencia del observador para poder ver también como “Ser” aquello que “no es”, el vacío.

Según algunos físicos y pensadores las religiones orientales, ya que todas ellas se basan en la experiencia de una realidad pura e indiferenciada que es aquello-que-es, nos servirían como instrumento para cambiar nuestra forma de pensar a ese respecto.

En cambio para otros, toda la mística religiosa con la que se la quiere emparentar constituye un tremendo peligro y sería el fin de la ciencia y la conversión de la física en una pseudociencia. Que no les gusta nada la idea, vamos.

“Para terminar, expondré sucintamente en varios puntos, el CAMBIO DE PARADIGMA en el pensamiento que ha supuesto la física cuántica respecto al modo de acercamiento a la realidad frente a la física clásica:

1.-INDETERMINACIÓN CUÁNTICA FRENTE A DETERMINISMO CLÁSICO: Para la física clásica el universo es una máquina que funciona como un reloj. Todos los objetos están fielmente limitados por sus condiciones iniciales de posición y velocidad y por las fuerzas que actúan sobre ellos, por lo que conociendo estos factores es posible predecir su comportamiento posterior...Indeterminación: Los objetos cuánticos sólo ofrecen posibilidades, no certezas. No se puede predecir su desarrollo posterior, sólo establecer las probabilidades de que ocurra un fenómeno u otro. La pregunta ahora es qué o quién realiza esa selección.

2.-SALTO CUÁNTICO FRENTE A CONTINUIDAD: La física clásica defiende que todomovimiento o cambio es continuo, se desarrolla a lo largo del espacio y el tiempo de forma constante. Es decir, un objeto no puede desplazarse de un punto a otro sin haber recorrido los puntos intermedios que separan ambos extremos. Salto cuántico: La materia cambia de nivel sin recorrer los niveles intermedios que separan el origen y el destino. En los átomos, los electrones que giran alrededor del núcleo cambian de una órbita a otra sin recorrer físicamente el espacio que las separa. Desaparecen y aparecen.

3.-SUBJETIVIDAD FRENTE A OBJETIVIDAD: Para la física clásica la realidad es independiente de nosotros. La manera en que observamos el mundo no le afecta en su desarrollo determinista. Subjetividad: El sujeto que observa influye sobre los objetos observados, pues su acción selecciona una de las múltiples posibilidades y la hace concreta. Esa será su realidad. Por ejemplo, el doctor Amit Goswami, del “Instituto de Física Teórica” de la Universidad de Oregón, desarrolló a finales de los ochenta una serie de hipótesis en las que unió sus conocimientos de mecánica cuántica con los principios de las tradiciones filosóficas orientales, de donde salió su actual teoría a la que llama “idealismo monista”. De acuerdo a esta teoría, la visión cuántica de la materia como ondas de posibilidad se resuelve en la conciencia como elemento transformador. Es decir, la materia determina posibilidades y probabilidades. La conciencia elige y crea.

4.- ONDAS DE POSIBILIDAD FRENTE A MATERIALISMO: Para la física clásica todo es reducible a un origen material. Todo está hecho de partículas elementales. En cambio la física cuántica describe la materia como ondas de posibilidad, como ya hemos visto, que cuando las observamos colapsan en una realidad concreta o no colapsan y se traducen en múltiples mundos.

5.-CAUSALIDAD DESCENDENTE FRENTE A EPIFENOMENALISMO: Para la física clásica lo subjetivo surge de lo objetivo en una escala ascendente. Las partículas elementales forman átomos, los átomos forman moléculas, éstas conforman células vivas, las células forman el cerebro, los “juegos” del cerebro crean la conciencia. Para la física cuántica, al menos para físicos como Goswani, la conciencia es la que crea la realidad y la causalidad es descendente. Pero no es una conciencia cualquiera, es la “conciencia cuántica” o cósmica, de la que todos formamos parte.

6.- NO LOCALIDAD (TEOREMA DE BELL) Y ENTRELAZAMIENTO FRENTE A CAUSA LOCAL: Para la física clásica los procesos de causa y efecto son locales. Es decir, la acción de un objeto se propaga mediante una velocidad finita hasta afectar a otro objeto. O sea, que las acciones simultáneas a distancia son imposibles. Y ya hemos visto que en mecánica cuántica el principio de entrelazamiento dice que dos objetos que comparten un origen común se influyen uno a otro sin necesidad de contacto.”