Entendamos primero un fenómeno que se da en las ondas: la difracción. Las ondas, cuyo frente viene en línea recta, al pasar por una pequeña apertura se abren en forma de abanico. No entraré aqui en precisiones de Longitudes de onda y tamaño de la apertura, pero gráficamente se puede explicar de esta manera.
Como se puede ver la onda incidente atraviesa la apertura y en vez de continuar de manera recta, se abre en forma semicircular (en forma de abanico) abarcando un área mayor.
¿Que sucedería si en vez de ondas se dispararan canicas? pues las canicas que choquen contra la pared rebotarían y las canicas que atravesase la apertura, seguirían una línea recta. ¿Estamos de acuerdo?.
Davisson y Garner, asumiendo que los electrones eran unas diminutas canicas esféricas con carga negativa (¿Qué parecido al concepto que nos enseñaron en el colegio, no? dispararon electrones a través de dos rejillas y se dieron con una sorpresa mayúscula. Les invito a ver el siguiente video (muy didáctico por cierto) y luego comentaremos los resultados.
Resulta increíble la simpleza con la que se explica el experimento de doble rejilla. Dada las diminutas dimensiones del electron (la física clásica lo calculó en 3x10⁻¹⁵ metros) este entra en el mundo fascinante de la mecánica cuántica. ¿Ahora, por qué es que los electrones se comportan de manera tan extraña, a veces como partículas y otras como ondas? Aquí es importante recordar el post anterior. Louis de Broglie habia postulado: "¿Por qué las partículas no pueden tener también comportamiento ondulatorio?" Está demas decir que las predicciones de longitud de onda y frecuencia asociadas a las "ondas" de electrones calzaban perfectamente con los experimentos.
Entonces: ¿Es la materia onda o partícula? Mi respuesta sería: a escala normal, la materia presenta un comportamiento de partículas (o en su defecto, conjunto de partículas) y a escála cuántica (sub-atómica) presenta un comportamiento dual: a veces como partículas, a veces como ondas, dependiendo del experimento que se haya preparado.
¿Dependiendo del experimento que se haya preparado? Este es uno de los mas fascinantes enigmas de los científicos de aquella época (incluso ahora). Y es que en algunos experimentos, el electron se comporta como onda, en otros como partícula... ¿Habrá un experimento donde se vea ambos comportamientos a la vez?... La respuesta que les puedo dar es: no conozco un experimento de esa naturaleza, ni he oído mencionar de que tal experimento exista....
¿Por qué es que al intentar observar una rendija, los electrones dejan de comportarse como ondas y vuelven a comportarse como partículas?... He oido muchas explicaciones a este fenómeno que aparentemente viola el principio de causa-efecto. Y la verdad es que si consideramos que los electrones son partículas, el mismo hecho de observar significa que se debe enviar por lo menos un cuanto de luz (fotón) sobre el electrón; el cual para "observar" al electrón debe interactuar con el mismo, rompiendo de esta manera el proceso natural del electrón al pasar por una rejilla. Y si consideramos que son ondas, las características de las ondas dependen de las condiciones del medio en que se propaguen. Al introducir un observador en una rendija, se está alterando el medio por lo que se altera también el comportamiento de la "onda de electrón"...
Por supuesto, podrían objetar esta explicación (los invito a hacerlo en los comentarios), pero... ¿Por qué? ¿Qué explicación preferían darle ustedes?
El experimento de la doble rendija nos demuestra que la materia en el mundo cuántico también tiene un comportamiento dual (onda-partícula), lo que hace que muchos de los experimentos de vayan en contra del sentido común (el cual no siempre resulta una guía útil para el físico, vale mas las conclusiones que se deducen de los axiomas quitando todo prejuicio y siguiendo un razonamiento lógico). Además gracias a este experimento, Luis de Broglie recibió el Nobel de Fisica en el año 1929
Después de este post ¿Sigues creyendo que el electrón es una canica muy diminuta con carga eléctrica negativa, como nos enseñaron el colegio? ¿Sigues creyendo que el átomo es un "mini sistema solar" donde el núcleo está al medio y los electrones dan vuelta alrededor?
Hasta el siguiente post...!
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