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Mecánica cuántica




Enviado por Juan Pablo Vasco



    1. Resumen
    2. Espectro de radiación
      del cuerpo negro
    3. El efecto
      fotoeléctrico
    4. El átomo de
      Bohr
    5. Principio de
      complementariedad
    6. Dualidad
      onda-partícula
    7. El principio de
      incertidumbre
    8. La
      antimateria
    9. Interpretaciones
    10. Paradoja del gato de
      Schrödinger
    11. Referencias
      bibliográficas

    Resumen

    Abordamos, a nivel conceptual, el fascinante y
    paradójico mundo de la mecánica
    cuántica, comenzando desde la cuantificación de
    la energía de Planck, pasando por los grandes aportes de
    Dirac, Born y Srchödinger, hasta llegar a las más
    impresionantes interpretaciones filosóficas.

    Introducción
    El inicio formal de la
    física
    puede remontarse al año 1687, fecha en que el brillante
    físico Isaac Newton
    (conocido como el padre de la física), publica su libro:
    principios
    matemáticos de filosofía natural, en el que se
    abrevia todo su trabajo sobre
    el movimiento de
    los cuerpos. Newton
    resumió toda la mecánica, tanto celeste como la de cuerpos
    en tierra, en
    tres leyes
    fundamentales, con la cuales osaba explicarlo todo.

    Uno de los fenómenos explicados por aquél
    fue la propagación de la luz, que
    según él estaba compuesta de partículas
    diminutas con velocidad
    finita llamadas corpúsculos; esta hipótesis estaba fundamentada en la
    similitud que presentaban los choques de cuerpos
    macroscópicos con la reflexión de la luz
    (básicamente, notó que el ángulo que formaba
    un rayo de luz con respecto a la normal de la superficie
    después de ser reflejado, era igual al ángulo de
    incidencia; que es lo que ocurre con cuerpos que chocan contra
    superficies planas).
    Christiaan Huygens, contemporáneo de Newton, había
    desarrollado una teoría
    ondulatoria de la luz: según éste, la luz era una
    onda como las que se forman en un estanque al perturbar el agua, y
    así como éstas tienen un medio para propagarse (el
    líquido), la luz era producida por perturbaciones de un
    medio llamado éter. Esta teoría casi que fue
    desechada, pues los fenómenos que podían explicarse
    con aquella, también podían ser explicados con la
    teoría corpuscular (además Newton tenía un
    gran poder
    científico en aquella época).
    No fue sino hasta casi cien años después, que el
    ingles Thomas Youg comprobó experimentalmente la naturaleza
    ondulatoria de la luz por medio de un fenómeno que
    "sólo" es propio de las ondas: la
    producción de franjas de interferencias
    debido a la desviación (difracción) de una onda
    circular al pasar por un agujero más pequeño que la
    longitud de onda de ésta. Aun así Youg fue capaz de
    demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz, no fue tomado muy
    en serio, pues Newton era considerado como un Dios en aquella
    época (aún después de muerto) y se
    seguía con la concepción corpuscular; Sólo
    fue hasta que científicos como Fresnel y Maxwell
    corroboraron por completo la naturaleza ondulatoria de la luz,
    que "todos" quedaron convencidos de esta propiedad.
    Los científicos de la época creían poder
    explicarlo todo con la mecánica de Newton y la teoría
    electromagnética de Maxwell; pero no fue sino hasta
    finales del siglo XIX que la física entro en una profunda
    crisis, pues
    dos fenómenos inexplicables con las teorías
    disponibles estaban "matando" a los físicos: La
    propagación de la luz (¿existe el éter?) y
    el espectro de radiación
    del cuerpo negro. El primero da origen a la física
    relativista, y el segundo da origen a la física
    cuántica.

    Espectro de
    radiación del cuerpo negro

    Cuando se estudia la
    radiación electromagnética producida por un cuerpo
    caliente común, se deben tener en cuenta los "errores
    introducidos" por la energía que éste refleja. Los
    físicos, a finales del siglo XIX, querían estudiar
    de qué forma era el espectro de radiación de un
    cuerpo que no reflejase energía; así pues, optaron
    por un cuerpo negro, que en teoría es capaz de absorber
    toda la energía suministrada.

    Teóricamente un cuerpo con estas
    características, al calentarlo, emite luz
    (radiación electromagnética); esta luz aumenta poco
    a poco su longitud de onda a medida que el cuerpo se va haciendo
    más caliente, hasta el punto de llegar al espectro
    visible. Se disponía pues de dos leyes para predecir el
    comportamiento
    de un cuerpo en estas condiciones:
    la primera es la ley de Stefan, la
    cual postula que el poder emisor de un cuerpo negro (la potencia, o lo
    que es igual: la cantidad de energía por segundo) es
    proporcional a la cuarta potencia de la temperatura;
    La segunda es la ley de Wien-Golitzin, la cual postula que al
    elevarse la temperatura del cuerpo negro, la longitud de onda
    correspondiente al máximo del espectro va
    haciéndose más pequeña, desplazándose
    hasta el violeta.
    Con la primera ley no hay problema; pero la observaciones no
    concordaban con la segunda, pues a medida que la temperatura
    aumentaba, el máximo correspondiente a la longitud de onda
    se hacía azul y no violeta. Así pues, se trataron
    de unificar estas dos leyes y "repararlas", este trabajo fue
    conseguido por los físicos Rayleigh y Jeans, pero esta
    nueva ley unificada tan sólo podía explicar la
    curva del espectro en los intervalos del amarillo y el naranja,
    pues para el violeta, el ultravioleta y longitudes más
    cortas predecía que la intensidad de la radiación
    crecía ilimitadamente, lo cual era absurdo. La
    física clásica entró en crisis.
    Max Planck era uno de lo físicos que estaba tratando de
    explicar la curva del espectro obtenido. Aquél, a
    diferencia de otros colegas, optó por tratar de obtener la
    ecuación matemática
    de la curva experimental, y como un golpe de suerte la
    consiguió. Ahora planck tenía la ecuación
    que generaba la curva, pero éste se encontró en un
    callejón sin salida cuando trató de deducirla de
    las leyes de la termodinámica. Luego de agotadores
    días de trabajo, planck llegó a la
    conclusión de que con las leyes de la física
    clásica no era posible deducir la curva; sólo es
    posible si se asume que la energía no es emitida como un
    continuo sino como un conjunto de paquetes, a los que planck
    llamó cuantos. Estos paquetes no pueden tener
    energías arbitrarias, sólo pueden tener
    múltiplos enteros de una constante (constante de planck);
    además, la energía radiada por un oscilador depende
    de su frecuencia de oscilación (no de la amplitud). La
    hipótesis
    cuántica de planck se resume en la siguiente
    ecuación:

    E=hf donde h es la constante de planck que vale 6,55*10^-34
    j.s , y f es la frecuencia

    Así pues, nace la teoría cuántica y caen dos
    supuestos clásicos : la energía no depende de la
    amplitud sino de la frecuencia, y la energía no se radia
    como un continuo sino como un conjunto de paquetes discretos.
    Planck, luego de su hipótesis cuántica, no fue
    tomado muy en serio, pues ni él mismo era capaz de
    explicar algunas implicaciones que esta hipótesis
    conllevaba. Sólo fue hasta que Einstein logró
    aplicarla que todo empezó a tornarse más claro.

    El efecto
    fotoeléctrico

    Hacia 1899, el físico
    Lenard demostró que los rayos catódicos(electrones)
    pueden producirse mediante la iluminación de una superficie
    metálica dispuesta en el vacío, y descubrió
    algunos hechos interesantes: La cantidad de electrones
    desprendidos del metal depende de la intensidad; la velocidad de
    los electrones desprendidos no depende de la intensidad sino de
    la frecuencia del haz; y para cada metal existe un valor
    mínimo de frecuencia por debajo del cual no hay
    emisión de electrones. Este fenómeno no
    había podido ser explicado hasta la fecha; sólo un
    loco como Einstein, con su gran imaginación, era capaz de
    revivir la teoría corpuscular de la luz (de Newton) cuando
    se daba por hecho su naturaleza ondulatoria.
    Einstein aplicó la hipótesis cuántica de
    planck para explicar el fenómeno de desprendimiento de
    electrones por un haz de luz (conocido como efecto
    fotoeléctrico); según Einstein, no era posible dar
    una explicación a este fenómeno si se asumía
    la luz como una onda, había que darle pues una naturaleza
    corpuscular; a estos corpúsculos Einstein los llamo
    fotones, y explicó con ellos los fenómenos
    detectados por Lenard:
    Los electrones de los átomos del metal sólo pueden
    absorber ciertos valores de
    energía, múltiplos de un valor fundamental hf, es
    decir: la energía que absorben los electrones debe estar
    cuantificada. Por esta razón, la luz debe venir en
    paquetes que los electrones puedan absorber, y por esta
    razón, también, es que los metales no emiten
    electrones por debajo de un cierto valor de frecuencia, pues a
    los electrones sólo les "gustan" paquetes
    específicos. Como la energía es proporcional a la
    frecuencia (E=hf) y no a la intensidad, es por esta razón
    que las frecuencias más altas arrancan los electrones
    más veloces. Y debido a que mientras mayor sea la
    intensidad hay más fotones "golpeando" electrones, la
    cantidad de estos que se emiten depende de aquella.
    Einstein recibió el premio Nobel en 1921 por este
    trabajo.
    Ecuación del efecto fotoeléctrico:

    Ec=h.f-w Ec: energía cinética del
    electrón desprendido; f: frecuencia; h: cte planck;
    w:(función
    de trabajo)energía mínima requerida por un
    electrón para ser desprendido.

    Funbral= w/h F: frecuencia mínima para desprender el
    electrón

    Los valores F
    y w dependen del metal.

    El átomo de
    Bohr
    Hacia 1911, por medio de un experimento de dispersión de
    partículas en metales, Rutherford descubrió que el
    átomo contenía una estructura
    interna, y que no era como la "sandía" que Thomson
    había propuesto. Según Rutherford, el átomo
    estaba compuesto por un núcleo cargado positivamente, y un
    exterior compuesto por electrones (negativos); la suma de las
    cargas de los electrones era igual a la carga del núcleo
    (y se conseguía la neutralidad del átomo).

    Para que los electrones no cayeran al núcleo debido a
    la fuerza
    eléctrica, era necesario que éstos giraran, y
    así su fuerza centrífuga fuera igual a la fuerza de
    atracción eléctrica, para evitar el colapso del
    átomo; pero este movimiento por ser curvado generaba una
    aceleración, y según la teoría de Maxwell
    éstos deberían emitir radiación, lo que
    generaba que perdieran energía, y por ende se precipitaran
    en espiral hacia el núcleo. Así pues, con las
    teorías y las leyes de que se disponía no era
    posible explicar la estabilidad del átomo, como
    también el fenómeno de las líneas
    espectrales "perfectas" de una sustancia pura.
    Niels Bohr, en
    1913, introdujo un nuevo modelo
    atómico, el cual combinaba tanto ideas clásicas
    como cuánticas; su trabajo se basó, generalmente,
    en introducir la constante de Planck al modelo matemático
    que representaba al átomo. Asumiendo el átomo como
    un sistema solar en
    miniatura, las ideas de Bohr fueron:
    .Las órbitas de los electrones en el interior del
    átomo no son todas estables; de aquí se sigue que
    el electrón sólo puede estar en órbitas
    definidas (a determinadas distancias del átomo). Esto
    debido a que cada órbita representa un nivel de
    energía para el electrón, pero el electrón
    no puede tomar cualquier valor de energía, sólo hf
    ; siendo el nivel uno correspondiente al valor de energía
    uno, el nivel dos al dos….Los niveles aumentan de adentro hacia
    afuera; al nivel uno se le llama estado
    fundamental, y el electrón no puede bajar de este estado,
    pues no hay órbitas mas bajas que uno (los valores son
    enteros positivos).
    .Cuando el electrón se encuentra en una órbita
    estable, éste no emite energía, sólo emite o
    absorbe energía cuando salta de una órbita a otra.
    Como el electrón no puede emitir valores arbitrarios y
    continuos de energía en una órbita estable, no se
    cumple la predicción electromagnética, el
    electrón sólo emite valores enteros de
    energía; esta emisión cuantificada sólo se
    da cuando el electrón salta de una órbita o nivel
    de energía mayor a uno menor, la emisión es un
    fotón, exactamente con la energía que el
    electrón necesito para pasar de un estado menor a uno
    mayor; también se da el caso contrario: para hacer subir a
    un electrón de órbita o nivel, se necesita
    exactamente la energía de diferencia entre las dos
    órbitas o niveles, y el electrón permanece
    allí durante un tiempo (se
    dice: exitado) hasta que cae otra vez a la órbita o nivel
    original, y devuelve la misma energía que le fue
    suministrada en un comienzo (es devuelta en forma de un
    fotón).
    Mediante estas ideas, Bohr explicó las líneas
    aparecidas en el espectro del átomo más sencillo,
    el hidrógeno; estas líneas eran muy
    bien definidas, y esto debido a que los electrones al ser
    excitados (con la energía exacta), saltaban a
    órbitas mayores que luego abandonaban, devolviendo la
    energía en forma de fotones con frecuencias muy
    específicas; estos fotones componían las
    líneas espectrales. Para cada elemento las líneas
    eran distintas, pues lo átomos también lo eran.
    Esta interpretación, aunque errónea (pues
    luego fue tumbada por la mecánica ondulatoria) , fue capaz
    de dar una explicación satisfactoria, bonita y acorde con
    lo observado con relación a los espectros atómicos
    y a la paradoja del "átomo de emisión
    continua".
    La verdadera importancia de esta explicación, es que todos
    los científicos de la época se estaban convenciendo
    de que la teoría cuántica (o mecánica
    cuántica), era una potente y única herramienta para
    explicar el mundo de lo muy pequeño: el mundo de lo
    atómico.

    Principio de
    complementariedad

    Aunque Einstein ya estaba convencido
    de la existencia de los fotones, se necesitaba la prueba
    experimental que corroborara esta teoría. Compton desde
    1913, venía trabajando con rayos x y su
    interacción con los electrones;
    aquél había descubierto que cuando un fotón
    golpea a un electrón, éste gana momento y
    energía hf, pero el fotón que ha entregado parte de
    su energía, disminuye su frecuencia (este fenómeno
    es conocido como dispersión o efecto Compton).

    Para poder lograr una descripción de este fenómeno,
    Compton tuvo que asumir que los rayos x eran fotones muy
    energéticos (corroborando la teoría de Einstein),
    pero para dar una descripción completa de este
    fenómeno no sólo bastaba con introducir la
    teoría corpuscular de la luz, sino también la
    ondulatoria. Resultaban pues, dos teorías de la luz: la
    ondulatoria y la corpuscular, ambas correctas. Esta dualidad
    onda-partícula de la luz fue a lo que Bohr llamó
    "principio de complementariedad", y se basa en que las
    teorías corpuscular y ondulatoria de la luz no se excluyen
    sino que se complementan, para así lograr una correcta
    descripción de la realidad. La luz es pues onda y
    partículas.

    Dualidad
    onda-partícula

    El descubrimiento de la dualidad
    de la luz dejó inquieto a Louis de Broglie, un
    físico de la época, que se preguntó: "si la
    luz también se comporta como partículas ¿por
    qué no se deberían comportar los electrones
    también como ondas?" A los electrones sólo se les
    puede asociar números enteros de órbitas y
    energías, y esto es algo propio en los fenómenos de
    vibración en ondas. De Broglie le dio una estructura
    matemática a su hipótesis asociándole una
    longitud de onda a los electrones o cualquier cuerpo
    material:

    λ = h/mv mv: masa y velocidad del
    cuerpo; h: constante de Planck

    Así pues, si los electrones tenían propiedades
    ondulatorias, deberían presentar fenómenos de
    difracción. La longitud de onda asociada al
    electrón es de unos 10^-7cm; para difractarlo se necesita
    que éste pase por un espacio del orden de esta longitud.
    Hacia 1922 y1923 los físicos Clinton Dawisson y Charles
    Kunsman habían estudiado el comportamiento de los
    electrones al ser dispersados por cristales; de Broglie, al
    enterarse, los disuadió para que realizaran el
    experimento, y en 1925 se publicaron los resultados que
    corroboraban la teoría de de Broglie. Pero el mundo
    científico era muy escéptico, más aún
    cuando se trataba de la teoría de un joven de 21
    años.
    Sólo fue hasta que Erwin Schrödinger formuló
    una teoría atómica con las ideas de de Broglie, que
    los físicos empezaron a revaluar las ideas sobre el
    electrón; En 1927 fueron publicados los resultados de
    nuevos experimentos, y
    fue comprobada la hipótesis de de Broglie.
    El total desprendimiento con la física clásica, fue
    cuando se comprobó que no sólo los electrones y los
    fotones tienen esta dualidad onda-partícula sino
    también todas las demás partículas
    existentes.
    Un macro cuerpo también tiene estas propiedades, pero su
    longitud de onda es tan ínfima que no puede detectarse. De
    Broglie, no interpretó muy bien este resultado, pues
    según él el electrón era como un bote
    viajando por una ola. Luego Max born y Heisemberg explicaron esta
    propiedad ondulatoria como la probabilidad de
    encontrar al electrón en un punto dado.

    El principio de
    incertidumbre

    Supongamos que queremos conocer la
    velocidad y la posición de una partícula, para lo
    cual es necesario una fuente de luz cuya longitud de onda sea
    igual o menor al tamaño de dicha partícula; luz con
    esta característica son los rayos gamma. Así pues,
    disparamos una haz de rayos gamma hacia la partícula, este
    rayo gamma va a "rebotar" (dispersarse) en la partícula
    (este rayo dispersado va hacia un detector para conocer algo
    sobre esa partícula), pero por efecto Compton este
    fotón gamma va a suministrar energía a la
    partícula y por ende, ésta se va a "perder" pues se
    le ha dado un golpe muy fuerte; así pues, vamos a tener
    algo de certeza sobre la velocidad pero casi ninguna sobre su
    posición. Ahora bien, supongamos que la partícula
    está en reposo (velocidad 0),si se sigue el mismo procedimiento
    anterior, cuando el fotón golpee a la partícula,
    ésta, de nuevo va ha perderse y no podremos saber algo
    sobre su posición.
    Werner Heisemberg, un precoz físico de la época y
    uno de los grandes estructuradores de la mecánica
    cuántica (desarrollo el
    método
    matricial de ésta), dedujo de las ecuaciones de
    la mecánica cuántica la conocida relación de
    incertidumbre en 1927, que en honor a Heisemberg fue llamado el
    principio de incertidumbre de Heisemberg. Las dos relaciones
    son:

    Δp.Δx ≥ h Δp:
    incertidumbre (Inexactitud) sobre el momento; Δx:
    incertidumbre
    (inexactitud) sobre la posiciσn
    h: constante de planck

    ΔE.Δt ≥ h ΔE: incertidumbre (inexactitud)
    sobre la energνa; Δt: incertidumbre
    (inexactitud) sobre el tiempo;
    h: constante de planck

    Así pues, mientras con más precisión se
    quiera saber la velocidad (o momento) de un cuerpo, más es
    la incertidumbre que se tiene sobre su posición.
    Así mismo, mientras con más precisión se
    quiera saber la energía de un cuerpo más
    incertidumbre se tendrá sobre la medida del tiempo.
    El principio de incertidumbre es uno de los peldaños
    más estables e importantes de la mecánica
    cuántica. Hay que aclarar que la incertidumbre no se
    condiciona al aparato de medida, la incertidumbre es una
    propiedad intrínseca en la naturaleza.

    La
    antimateria

    Paul Dirac, un físico de la época (Dirac
    fue a la mecánica cuántica como Newton fue a la
    física clásica), trató de obtener una
    versión relativista de la mecánica cuántica.
    Según la ecuación de Einstein para la
    energía de una partícula de masa m y momento p se
    tiene:

    E²=m²c^2 + p²c² y esta formula se reduce a
    E=mc² cuando el momento es cero

    Pero al calcular esta energía se obtiene el resultado de
    una raíz, es decir: se obtienen valores -mc² y
    +mc². Dirac no se detuvo aquí. Cuando se obtienen los
    niveles de energía de la versión relativista de la
    mecánica cuántica resultan conjuntos
    positivos y negativos; el mayor nivel negativo es menor al menor
    nivel positivo; según la teoría atómica, el
    electrón debe caer al nivel más bajo ¿por
    qué entonces no caían todos los electrones al nivel
    negativo? porque ya estaban llenos. Si ya había electrones
    allí ¿por qué no suministrarles la
    energía necesaria para que saltaran a un nivel
    positivo?
    Para que un electrón salte de un peldaño -mc²
    a uno +mc² se necesita energía 2mc², que para el
    electrón es aproximadamente 1 Mev (la energía de un
    rayo gamma aprox). El electrón creado es común y
    corriente, pero habrá dejado un hueco en el conjunto
    negativo; un hueco como estos deberá comportarse como una
    partícula cargada positivamente y con la misma masa del
    electrón. Dirac afirmo erróneamente que esta
    partícula era el protón a finales de los
    años 20. Pero un científico llamado Carl Anderson
    descubrió por accidente, en un experimento de rayos
    cósmicos, una partícula con la misma masa del
    electrón pero de carga positiva. Esta partícula fue
    llamada positrón.
    Luego se fueron descubriendo más antipartículas
    asociadas a partículas específicas, lo cual
    llegó a la conclusión que toda partícula
    creada genera una antipartícula (cualquier
    partícula tiene asociada una
    antipartícula).

    Interpretaciones
    La
    interpretación de Copenhague

    Para muchos físicos de la época el principio de
    incertidumbre fue una habitación oscura en la cual no se
    podía caminar con seguridad; sin
    embargo para unos cuantos, fue la pieza que faltaba para que todo
    el sistema fuera
    completo y coherente. Bohr fue uno de estos hombres, y en 1927 en
    una conferencia en
    Italia
    presentó la idea de complementariedad, y lo que es
    conocido como interpretación de Copenhague.
    Bohr señaló que mientras en la física
    clásica un sistema puede considerarse como un mecanismo de
    relojería, en mecánica cuántica el
    observador interactúa con el sistema, haciendo que el
    último pueda considerarse como algo no independiente: si
    se realiza un experimento para medir la posición de una
    partícula se la obliga a que halla incertidumbre en su
    velocidad, y si lo que se obtiene no es la posición sino
    su velocidad, se la obliga a que halla incertidumbre en su
    posición, luego el observador hace parte del experimento y
    la mera detección lo modifica todo; el primero de estos
    experimentos muestra las
    propiedades corpusculares del sistema, mientras que el segundo
    muestra las propiedades ondulatorias del mismo; así pues,
    nunca, mediante un experimento podrán conocerse las
    propiedades corpusculares y ondulatorias de un sistema a la vez
    (se dice que la relatividad es una teoría clásica
    puesto que permite conocer posición y velocidad en el
    espacio-tiempo a la vez). Toda la información sobre el sistema la proporciona
    el experimento, y como el observador ha intervenido en
    éste, no puede decirse algo sobre el comportamiento de
    este sistema cuando no se lo observa, sólo pueden
    obtenerse las probabilidades de que un suceso se dé; por
    ejemplo, los saltos cuánticos en el átomo son una
    interpretación de por qué se obtienen dos
    resultados diferentes del mismo experimento, no pude saberse que
    hay entre salto y salto;
    No se tiene ni idea de lo que hace una partícula cuando no
    se la observa, entonces podría decirse que no existe
    mientras no se la observe; el núcleo atómico no
    existe, no existen las partículas: "nada es real".
    Richard Feynman, uno de los desarrolladores de la
    electrodinámica cuántica, presentó, por
    medio de un experimento imaginario, algunas implicaciones a las
    que se llegaría con la interpretación de Bohr:
    si realizáramos el experimento de la rendija, con el que
    Yuog demostró las propiedades ondulatorias de la luz,
    usando partículas, los patrones de interferencia nos
    llevarían a deducir las propiedades ondulatorias de
    éstas. Cuando se trata de una onda, como una ola por
    ejemplo, esta onda pasa por los dos agujeros de
    difracción, pero si hablamos de partículas como
    electrones o fotones ¿cuál partícula pasa
    por cuál agujero? Imaginemos un montaje en el que se tiene
    la rejilla de difracción, un detector de partículas
    (de electrones por ejemplo) y un cañón de
    partículas.

    Asumamos electrones: el cañón se pone en
    funcionamiento, los electrones pasan a través de la
    rejilla y producen patrones de interferencia; Ahora bien, si
    reducimos la cantidad de electrones disparados por segundo de
    forma que sólo uno pase por la rejilla, este
    electrón produce patrones de interferencia, pero
    ¿por dónde pasó el electrón?
    ¿por cuál de los dos agujeros? Si tapamos uno de
    los dos agujeros el electrón no produce interferencia, y
    si colocáramos un detector en los agujeros para saber por
    dónde pasa el electrón tampoco se obtendría
    la interferencia (ocurriría lo mismo si no es uno sino
    varios los electrones); entonces ¿sabe el electrón
    desde un principio que están intentando detectarlo?
    "Sí". Bien, entonces engañemos al electrón
    ¿cómo? Cuando sea disparado tapemos un agujero.
    Aún así, el electrón no produce
    interferencia ¿Qué está pasando
    entonces?
    Cuando tratamos de detectar el electrón estamos
    interviniendo en él buscando saber su posición, lo
    que significa que este electrón muestre propiedades
    corpusculares (y halla incertidumbre en su velocidad), se
    "materialice" y no halla interferencia; tapar un agujero o saber
    por dónde pasa el electrón es tener certidumbre
    sobre su posición. Si dejamos que el electrón
    "continúe en paz" su camino, como no sabemos algo de su
    posición, éste se comporta como una onda produce
    interferencia. Es como si el electrón se "enterara de
    todo".

    En probabilidades esto significa: hay dos agujeros, en
    cada uno hay probabilidades de que el electrón pase, estas
    probabilidades generan la interferencia; Si se tapara un agujero
    o si se detectara el electrón, las probabilidades se
    reducirían a un sólo agujero y ya no habría
    interferencia, esto equivale a decir: al dejar el
    cañón, el electrón se divide en muchos
    electrones llamados electrones fantasmas,
    estos muchos electrones producen la interferencia, pero si se
    detecta la posición del sistema, los electrones fantasmas
    se materializan en un solo electrón rompiendo la
    interferencia y produciendo lo que se llama colapso de
    función de onda, es decir: ya no hay onda. También,
    si el electrón deja de observarse, se desdobla en
    fantasmas de nuevo.
    Aquí se entiende mejor por qué la onda asociada a
    un cuerpo material es la probabilidad de encontrarlo en un sitio
    dado: pues si es la probabilidad de encontrarlo, no se conoce su
    posición, y si no se conoce su posición presenta
    propiedades ondulatorias.

    Otra interpretación: los múltiples
    mundos

    Bohr también dio una interpretación al experimento
    de la rendija:
    Supóngase una partícula la cual tiene dos
    posibilidades: pasar por el agujero A o por el B, estos agujeros
    pueden interpretarse como dos mundos; por un mundo la
    partícula pasa por el agujero A, y por el otro mundo por
    el B. Nuestro mundo no es alguno de estos dos mundos, sino una
    "mezcla híbrida" de los dos que genera la interferencia.
    Pero cuando detectamos por donde pasa el electrón todo se
    reduce a un sólo mundo: el mundo en donde la
    partícula pasó por ese agujero, y ya no hay
    interferencia.
    A cada partícula se le puede asociar dos mundos en este
    caso, pero ¿Cuántas partículas hay en
    el
    universo?

    Paradoja del gato de
    Schrödinger

    Hacia 1935, Schödinger
    publicó una paradoja calificada por Einstein como la forma
    más bonita de mostrar el carácter de incertidumbre en la
    mecánica cuántica, su carácter incompleto
    (Einstein nunca aceptó la incertidumbre como una propiedad
    intrínseca de la naturaleza).
    Los fenómenos radiactivos son completamente aleatorios, y
    sólo pueden expresarse en términos de
    probabilidades. Supóngase que se tiene una caja en la cual
    se ha metido un gato, una botella con cianuro, un material
    radiactivo y un detector de partículas; el experimento
    está diseñado de forma tal de que el detector
    esté conectado a la botella, para que cuando reciba
    radiación del material rompa la botella y mate al gato.
    Todo el sistema, se monta de forma de que halla un 50% de
    posibilidad que un núcleo atómico se desintegre; la
    caja se cierra. No es posible saber si el gato está vivo o
    no; la única manera de saberlo es si se abre la caja y se
    observa al gato, pues, como se dijo, la desintegración
    radiactiva es aleatoria, y para el experimento hay tantas
    posibilidades de que el gato muera como de que viva.
    Así pues, puede interpretarse esto como si el gato tuviera
    tantas probabilidades de vivir como de morir, esto genera una
    interferencia, que se rompe cuando se abre la caja (colapso de
    onda) y las probabilidades se reducen a una. Desde el punto de
    vista de los otros mundos, existen dos mundos: uno donde el gato
    está vivo y otro donde está muerto. Pero se
    está en un mundo híbrido donde el gato está
    vivo y muerto, esto genera la interferencia; cuando se abre la
    caja ya sólo se opta por un mundo, o donde el gato vive o
    donde muere, y se rompe la interferencia.

    Referencias
    bibliográficas

    GRIBBIN, JHON. En Busca del Gato de
    Schrödinger. Biblioteca
    Científica Salvat. 1986.

    HAWKING, Stephen. Historia del Tiempo. Editorial
    Crítica. Bogotá. 1988.

     

     

    Por

    Juan Pablo Vasco

    Categoría: Física

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