Estoy escuchandote, dime que quieres buscar
El experimento de la doble rendija y el entrelazamiento cuántico

El experimento de la doble rendija y el entrelazamiento cuántico

Oscar Fernandez
Oscar Fernandez
9 minutos de lectura

-Que palabrejas más raras me acabas de nombrar, Oscar.

La verdad, pensar en la física cuántica nos puede dar un ataque a la cabeza, pero que cosa más divertida, sobre todo por el abanico de posibilidades que puede surgir.

- ¿Abanico de posibilidades? te refieres supongo que hay diferentes teorías para explicar que es la mecánica cuántica, ¿verdad?

Si, normalmente en las universidades y la mayoría de profesores enseñan la física cuántica a través, de lo que se llama, la interpretación de Copenhague, donde se explica el principio de complementariedad de Bohr, el principio de incertidumbre de Heisenberg y la interpretación de probabilidad de Born.

Einstein y Borh en una de sus discusiones de la cuántica, "después lo entenderás"

Todos estos principios forman una explicación coherente, del significado de la mecánica cuántica y después nos encontramos con la decoherencia, con la parte que introduce la filosofía dentro de la mecánica cuántica e incluso multiversos.

-Oscar, me parece que voy a necesitar relajarme para poder leer este artículo.

Te puedo aconsejar un libro muy bueno, que ya aconsejé a Iván, no solamente es divertido, si no, que aprendes y cuando te digo divertido, me refiero al hecho de que, aunque no creas entender nada de mecánica cuántica, cuando lees te introduces en un mundo que seguro, no conocías y te costara hasta dejar de leerlo.

La autora de este libro es, Sonia Fernández Vidal y el libro al que me refiero es, DESAYUNO CON PARTÍCULAS, con Francesc Miralles.

Antes de seguir con el articulo te explicare resumido una parte de este libro, en la cual Nuria, invita a Francesc, su protagonista por el mundo cuántico a una cena muy especial, con varios personajes, ilustres en el mundo de la mecánica cuántica y en esa cena se verán diferentes visiones e interpretaciones de la física cuántica.

En la cena están presentes Rhob, defensor de la interpretación de Copenhague, la más utilizada en las universidades, esta interpretación defiende que las partículas subatómicas no tienen realidad física, antes de su observación, si no, solo cuando se observa, Mhob defenderá una visión ligeramente distinta, la llamada "teoría de variables ocultas no locales" de David Bhom.

Continua con los invitados, Ttereve que defenderá la hipótesis de los múltiples universos y por último Keruz que hablara de la decoherencia, que es entender donde se encuentra el límite entre lo microscópico y lo macroscópico.

Lo que nos muestra en esa estupenda y entretenida cena, son las diferentes opiniones y creencias de cada uno de los personajes, para ello nos habla en el libro del experimento de la doble rendija.

Experimento de la doble rendija.

Imagen del experimento de la doble ranura

En este experimento se puede observar, que diferentes resultados obtenemos. En este caso, imagina que tienes un lanza tomates, si si, "un lanzador de tomates" maduros, donde en el dibujo de arriba hay una bombilla, hay mismo, al lanzar los tomates, si hubiera solo una rendija en la pared de atrás, quedaría una línea de color rojo, si disparas contra dos ranuras, quedarían dos líneas rojas paralelas en la pared de detrás.

Este es uno de los resultados que obtenemos  con materia, tomates en este caso, pero el resultado cuando pasamos de materia, a onda, ya es diferente, al disparar una onda de luz a una placa de una sola rendija por ejemplo como en la ilustración, obtendremos una franja única, pero al volver a colocar la placa de doble rendija sucede algo como mínimo curioso, al pasar las ondas por las rendijas la parte superior de una onda choca con la parte inferior de otra, se eliminan entre ellas y a este hecho lo llamamos patrón de interferencias, el resultado lo puedes ver de nuevo en la ilustración de arriba, la parte que se eliminan las ondas de luz quedan en negro y las que no se eliminan quedan iluminadas.

Es decir, y resumiendo, con materia, quedaría marcadas dos franjas bien definidas, pero con ondas quedarían marcadas varias franjas, el patrón de interferencias, ahora el mismo experimento, pero introduciendo la cuántica, vamos a lanzar electrones, los electrones son parte de la materia como sabrás, pero muy, muy, pequeño.

¿Dime qué crees que pasara cuando los lancemos contra la placa de una sola rendija?

-Pues, creo que en la pared se verá una sola franja, espero no equivocarme Oscar.

No te equivocas y de todas formas si lo hicieras no pasaría nada, recuerda que de los errores también se aprende.

En la pared veremos una sola franja, al igual que lanzando los tomates, ¿Qué crees que saldrá con dos ranuras?

-Pues dos franjas una de cada ranura.

Bueno, la verdad es lo lógico, pero no, al igual que con las ondas de luz al lanzar los electrones por las dos ranuras las franjas dibujan de nuevo un patrón de interferencias.

Lo sé ¿cómo puede trozos de materia diminutos, pero trazos de materia, al fin y al cabo, generar un patrón de interferencias como una onda?

Este experimento volvió loco a los científicos, lo que hicieron fue dejar el lanza tomates activado, para que lanzara los electrones uno a uno, veras, pensaban que al lanzar muchos electrones de golpe estos se chocaban como hacían las ondas y es lo que provocaba el patrón de interferencias, por eso decidieron lanzarlas una por una, pero al regresar y observar el dibujo de la pared encontraron que volvía a dibujarse el patrón de interferencias.

La conclusión, cada electrón salía disparado como partícula, antes de llegar a la rendija se convertía en una onda de posibilidades, pasa por las dos ranuras, interfiere consigo misma y golpea la pared como partícula, y si esto es un lio, agárrate, matemáticamente, pasa por las dos ranuras y por ninguna, pasa por una y por todas a la vez, las posibilidades están superpuestas, las unas con las otras, y como en lugar de aclarar que sucedía los científicos estaban más liados que nunca decidieron observarlo de cerca, muy de cerca.

Y en este último experimento es donde la cuántica nos enseña que no sabemos nada, al observar a los electrones tan de cerca para ver qué es lo que sucedía de repente, como si el electrón tuviera vida, actuaba de forma completamente diferente, pasaba un solo electrón por cada rendija sin crear un patrón de interferencias, el observador modifica el resultado por el simple hecho de observar.

- ¿Comoooooo?

Imagen de un hombre explotandole la cabeza

Sobran las palabras.

Bueno volvamos a la cena de nuestro libro de lectura, una vez pasado la explicación de la doble rendija nuestros invitados debaten el porqué de las diferentes interpretaciones y las posibilidades, de cuál de ellos tienen razón, para explicar su versión de la mecánica cuántica, a mí, personalmente, me encanta la del personaje de Ttereve, los múltiples universos, en el cual nos dice que cada acción o elección crea un universo paralelo con muy diferentes resultados, (me encanta la ciencia ficción y creo que sin imaginación no habría tantas posibilidades)

Bien, continuamos mientras se debaten las diferentes interpretaciones, hay una explicación de Keruz en la cual nos dice que cuando observamos algo un electrón, por ejemplo, asumimos que ya estaba allí antes de observarlo, como si nos asomáramos al balcón desde casa y viéramos pasar gente con gorras en su cabeza, sabemos o asumimos que antes de asomarte esas personas ya estaban allí con sus gorras, eso es un error en el mundo cuántico, no se puede dar nada por asumido.

Ilustración de astronauta viendo el sistema solar tamaño bolsillo

Quién decide cual es la correcta interpretación, si hay dos posibilidades en que los electrones pueden pasar por las dos rendijas, ¿cuándo se produce el colapso, cuando se decide por donde y como, pasaran?, ¿siempre hay superposición, cuando entramos nosotros en superposición, podemos hacerlo?

La realidad física es la realidad donde nosotros nos movemos, es esa realidad, la que conocemos, ocurre después de dejar la frontera macroscópica, cuando se ha producido el colapso, la observación que hace que el electrón se comporte como materia, pero seguro que no es la única, por ejemplo, ¿que sabemos del entrelazamiento cuántico?

Entrelazamiento cuántico.

Antes de intentar explicarte lo que significa, me gustaría que entendieses una pequeña cosa, sabemos que el Padre de la física clásica, Albert Einstein, tenía una lucha interminable por demostrar que la cuántica era un proceso indeterminista, no determinaba ni la medida ni la posición de cualquier partícula que quisieras observar, era pues una teoría incorrecta y esa lucha principalmente con Niels Bohr, otro de los padres de la cuántica.

Esa tremenda discusión sobre lo cuantificable y lo que no lo era, de la realidad física y la realidad cuántica, puso en jaque a Niels Bohr, con el entrelazamiento cuántico.

Sabemos que gracias a las teorías de Albert Einstein y sus ecuaciones de la relatividad podemos saber, o sea, cuantificar perfectamente el recorrido orbital de un planeta alrededor de su estrella, o el movimiento del sistema solar dentro de su galaxia, donde esta y donde estará, pero claro con la cuántica las superposiciones y los entrelazamientos nunca podemos asegurar su posición su medida y su localización exacta solo por porcentajes, ya que según la teoría cuántica esas partículas están y no están a la vez, Einstein lo llamaba acción fantasmal a distancia, pero quizás corro demasiado, volvamos a los tomates.

El entrelazamiento es uno de los misterios más increíbles de la física cuántica y a la vez una de las que más aplicaciones tiene, si no que se lo digan a las computadoras cuánticas, para explicártelo, recogeremos unos tomates de ensalada del experimento anterior, piensa si no lo sabias que el entrelazamiento, es la capacidad que tiene una partícula, en este caso unos tomates, en influenciar a otra partícula, otro tomate, aunque este a millones de años luz.

Imagen de partículas entrelazadas

Imagina que los tomates  están en una superposición, es decir pueden ser de diferentes formas a la vez, ahora utilizaremos un poco solo, la imaginación, imagina que los estados son colores, en este caso el tomate, es decir la partícula, puede estar de color rojo y verde a la vez, o solo de color rojo, o solo de color verde y sabemos, porque lo hemos explicado anteriormente, que esto será así, hasta que esta partícula, este tomate, colapse, es decir que cuando es observada su estado colapsara en un solo color, será rojo o verde, (recuerda que la partícula, colapsa en un estado cuando es observada, como el electrón, en el experimento de la doble rendija)

Bien, ahora los tomates están entrelazados entre sí, significa que cuando uno es rojo el otro será verde, el experimento es sencillo, cogemos las partículas y las ponemos cada una, en cajas diferentes, la primera caja la dejamos guardad en tu armario y la segunda la llevamos con nuestra nave, "Dagaz" hasta la órbita de Saturno, espera un momento bebe un poco de agua, que incluso a casi la velocidad de la luz tardare unos minutos ...

Ya hemos llegado, aquí empieza el experimento real, bien, coge la caja de tu armario, ahora cuando estés preparado ábrela, sí, tu tomate, tu partícula, es verde, al observarla, ha colapsado en ese color, lo fantástico es, que no importa la distancia, porque la caja con la otra partícula en la órbita de Saturno a colapsado al color rojo, lo más impactante, es que ha sido en tiempo cero, al estar entrelazadas.

Pero fue este hecho lo que utilizo Einstein para desmantelar las teorías de la cuántica pues ya se había probado que nada podía viajar más rápido que la luz, ni tan siquiera la información, ahí fue donde Niels Bohr no pudo debatirle, no fue si no décadas más tarde donde se le dio la razón a Niels Bohr y su física cuántica, gracias a John Stewart Bell y sus Desigualdades de Bell.

-La verdad, Oscar, que cada vez se pone más interesante, ¿Y para que se utiliza en el día a día, me refiero la física cuántica? ¿Y qué es eso de Desigualdad de Bell?

Bueno, eso es otro artículo amigo mío, y tendrás que perdonarme, pero tengo que ir a buscar a mi hijo al colegio interestelar, que está en otro multiverso y he tenido que cambiarme con prisa.

Ilustración traje de salto multiversal

En unos días volveré a contactar contigo, hasta pronto y continúa imaginando.

Normas de la comunidad