El experimento de la doble rendija explicada con memes |mecánica cuántica|

El experimento de Young, más conocido como el experimento de la doble rendija nos explica la naturaleza de los fotones y nos abrió las puertas de la mecánica cuántica. Si quieres saber en que consiste este experimento y cuales fueron los resultados de una manera sencilla y divertida no te pierdas este artículo.

Empecemos explicando en que consiste el experimento: Queremos saber como se comporta una partícula, en este caso un fotón (aunque más tarde también se ha realizado con electrones) Así pues preparamos una sala oscura. En esta vamos a colocar una pistola que vaya disparando fotones uno a uno. Justo en frente vamos a poner una pared con dos aberturas y detrás de esta pared una pantalla que nos va a detectar los fotones. La preparación quedaría así

Queremos saber como se comportan los fotones y que trayectorias toman. Así pues lo que haremos será disparar fotones con la pistola, estos pasarán a través de la rendija y al chocar con la pantalla detectora dejarán una marca. Tras disparar varias veces se formará un patrón concreto en la pantalla. Una vez que hayamos comprobado que todo funciona lo que haremos será tapar una de las dos rendijas y observaremos que ocurre.

En este caso hemos tapado la rendija izquierda, por lo que los fotones pasan a través de la derecha y en la pantalla podemos observar que han viajado en línea recta* Ahora repetimos el experimento cerrando la derecha y abriendo la izquierda.

Al igual que con el primer experimento, los fotones han pasado por la rendija izquierda y forman este dibujo en la pantalla. Hasta este momento todo está bien. Sabemos que los fotones que pasan por la rendija derecha aparecen en la parte derecha de la pantalla y viceversa. Ahora vamos a ver que pasa si abrimos las dos rendijas. Según lo que hemos visto cabría esperar que el resultado fuera el siguiente:

Podríamos pensar que al igual que en los experimentos anteriores, el fotón pasa por una rendija, la derecha o la izquierda y aparece en la pantalla en el mismo lado. Pues bien, la realidad es totalmente distinta. Y es que cuando realizamos el experimento con las dos ranuras abiertas esto es lo que sucede

Resulta que los fotones no forman un patrón lógico. No importa si han pasado por la derecha o la izquierda, es como si hubiesen pasado por ambas al mismo tiempo. Esto sorprendió a los físicos, por lo que repitieron el experimento varias veces. Juntaron y separaron las ranuras pero el resultado era el mismo. Volvieron a repetir los puntos anteriores y el resultado era el mismo: cuando abres una sola ranura el fotón aparece por el lado por el que ha viajado, pero si abres ambas a la vez forma de nuevo este patrón tan curioso. Incluso realizaron el experimento en diferentes laboratorios de todo el mundo, pensando que quizás hubiese algún agente externo que modificara el comportamiento de esta partícula, pero nada, en todos los experimentos que se realizaron los resultados eran los mismos. Parece que el fotón atraviese las dos rendijas al mismo tiempo. Para tratar de comprender que estaba pasando los científicos añadieron un elemento nuevo al experimento: un detector. Este detector se colocaba justo en la pared de las rendijas, con esto querían saber por que lado pasaba el fotón. Así pues, una vez la pistola lanzaba un fotón el detector medía si había pasado por la ranura derecha o izquierda. ¿Qué fue lo que apareció en la pantalla?

El patrón esperado teniendo en cuenta los experimentos anteriores. Se vuelve a repetir el experimento sin detector y vuelve a ocurrir el patrón de la imagen 3.b, Se añade el detector y aparece el patrón de la imagen 3.c ¿Cómo se explica esto? Pues bien, resulta que los fotones no se comportan como la típica partícula que imaginamos, si no que son ondas. Estas ondas ocupan todo el espacio y cuando las observas las obligas a posicionarse en un lugar en concreto (recordemos la paradoja del restaurante) Así pues, los fotones viajan como una onda. En el primer y segundo experimento, al abrir una sola rendija estos se ven forzados a pasar por este lugar en concreto y esto se ve reflejado en la pantalla. En cambio, al abrir las dos ranuras el fotón sigue comportándose como una onda por lo que puede pasar por ambas a la vez, y es cuando se encuentra con la pantalla que se ve forzado a determinar su posición. Al añadir el detector lo que haces de nuevo es forzarlo a tomar una posición en concreto. Como quieres saber su trayectoria fuerzas a que tome un camino en concreto: derecha o izquierda, por lo que el resultado es igual al de los dos primeros.

Así pues los fotones viajan en forma de onda, hasta que alguien los observa y les obliga a tomar una posición determinada. Esto es lo que nos explica el gato de Schrödinguer, Y este fenómeno se le conoce como dualidad onda-partícula.

Cuando solo hay abierta una rendija el fotón se comporta como una onda hasta llegar a la pared donde debe tomar una trayectoria concreta

Cuando las dos ranuras están abiertas el fotón sigue comportándose como una onda por lo que pasa por las dos ranuras al mismo tiempo y forma ese patrón tan extraño al chocar con la pantalla.

Si abrimos las dos ranuras pero ponemos un detector obligamos al fotón a tomar un camino en concreto. Por lo que lo forzamos a determinar su posición y pasa a comportarse como una partícula al igual que en el primer experimento.

Esta es la explicación al experimento de la doble rendija. La realidad es bastante más compleja pero lo he resumido para que se haga más fácil de comprender. Podríamos decir que los fotones son como unos niños pequeños. Si les miras se portan bien pero a la que te giras se pelean entre ellos.

Espero que os haya gustado esta explicación. Como ya he dicho la realidad tanto del experimento como de la verdadera explicación es bastante más compleja, pero quería hacerlo de una forma que pudiese comprenderse bien. Si buscáis por internet veréis que hay otra forma sencilla de explicarlo donde se utilizan dos cajas en vez de las rendijas, pero quería hacerlo tomando como ejemplo el experimento original.

¿Qué os ha parecido el experimento? ¿Lo conocíais? La verdad es que hoy en día la mecánica cuántica sigue siendo un misterio y a veces nos sorprende con cosas totalmente fuera de la lógica. Si tenéis cualquier duda o sabéis otra forma de explicarlo ¡no dudéis en ponerlo en los comentarios!

*Nota: los fotones no viajan en línea recta, de echo ocupan toda la pantalla, simplemente hay más probabilidades de que vayan rectos por lo que el patrón a grandes rasgos es de una línea definida. Lo he dibujado de esta manera para simplificarlo.