Conferencia "Mecánica Cuántica" a cargo de Miguel Hernández González, en el XXXII Seminario Orotava.

mi pretensión Es simplemente intentar transmitirle Pues un poco de lo que en cierta medida es su esencia y es digamos la capacidad para asombrarnos de hecho a los que no estamos acostumbrados y en los que el sentido común pues se pierde yo como están esas jornadas no voy a entrar en detalle prácticamente en casi ninguna de las cosas salvo en lo que para feinmann era digamos el núcleo central de la mecánica cuántica que es el experimento de las dos rendijas de todos modos lo que voy a hacer también es una especie de recorrido por la

historia de la mecánica cuántica básicamente para contextualizar esta teoría y ayudar pues a que en esa jornadas que van a ser como más específicas en concreto se van a centrar fundamentalmente en las distintas interpretaciones de la mecánica cuántica que es un asunto siempre muy sugerente muy muy interesante muy controvertido y además también como dos de ellos son especialistas en tecnologías cuánticas es decir en la investigación puntera de la mecánica cuántica digamos en la actualidad Pues nos van a hablar sobre criptografía teletransportación ordenadores cuánticos en fin todas estas cosas digamos Ellos saben que tienen que hacerlas

en un lenguaje asequible yo creo que puede hacerse y yo espero que mi charla de hoy no los disuada de venir a la jornada que esa es la función básica o primordial con la que yo enfoqué esta charla este es uno de los paneles de la exposición que además hemos preguntado abajo que la digamos inauguramos hace un tiempo pero que la hemos vuelto a poner ahora en el patio de la fundación Y entonces si no la han visto pues pueden hacer también un recorrido por ella Bueno ahí aparecen Pues todos los personajes que más o

menos tienen que ver con esta historia bueno el asunto comienza digamos a finales del siglo 19 y comienzos del 20 cuando a finales del siglo 19 Pues digamos se tenía lo que se llama la visión clásica del mundo y se tenía dos grandes teorías que unificaban prácticamente todos los Fenómenos físicos por un lado la teoría de la mecánica y la gravitación universal de Newton y por otro lado la teoría electromagnética de digamos que había un asunto enormemente importante porque en el nacimiento de la cuántica y en el desarrollo de la cuántica el papel que juega

la luz es un papel importante un papel primordial y resulta que a finales del siglo XIX Pues digamos en concreto en 1865 con la teoría de masswell se había digamos dado digamos el certificado de naturaleza de la luz y se había constatado que en realidad la luz era una onda electromagnética y de hecho digamos que con anterioridad se había realizado una experiencia que en la famosa experiencia de las dos rendijas donde en esta experiencia es una experiencia para decidir una experiencia un experimento que se llaman experimento crucial es decir mediante ese experimento se pretendía dilucidar

entre dos teorías que defendía por un lado Newton que era la teoría corpuscular de la luz y por otro lado wegens que era que defendía la naturaleza ondulatoria de la misma Entonces si uno hace el experimento de las dos rendijas ese famoso experimento Pues digamos uno constata que la luz se comporta como una onda digamos que más fue el certificó en su teoría electromagnética el resultado de ese experimento anterior ahí aparece la ecuación de ondas Y esto es digamos el modo en que se pueden producir ondas electromagnéticas mediante cargas que oscilan un dipolo eléctrico que

se llama digamos que aparece aquí no esta es la oscilación de cargas eléctricas positivas y negativas es como una antena y esto sería lo que produce una onda electromagnética bueno la ecuación digamos tiene una expresión de ese estilo para el campo electromagnético y para para el campo eléctrico y para el campo magnético y digamos Este era un poco el panorama digamos en esa época este personaje que es lord Kelvin que ha aparecido en más de una exposición digamos era el gurú o el pope de la física finales del siglo XIX decía que en el edificio

de la física solamente había dos nubecillas una que tenía que ver con el carácter con la luz en concreto con Cómo se propagaba etcétera Y en segundo lugar también había una una segunda nubecilla que tenía que ver con la partición de la energía Bueno pues Esas dos nubecillas que que este hombre anunciaba y que perturbaban la claridad de la teoría digamos clásica de la gravitación en electromagnetismo etcétera son las que van a dar origen una de ellas a la teoría de la relatividad de Einstein y la segunda a la revolución cuántica es decir que las

dos nubecillas digamos amenazaban eran eran signo de una enorme tormenta que se iba a desencadenar a principios del siglo XX bueno resulta Por otra parte paradójico que el experimento de las dos rendijas ese que había permitido dilucidar si la luz era una onda o un conjunto de partículas sea un experimento en el que se encierra gran parte del Misterio de la física cuántica luego lo comentaremos usando dos videos bueno esta figura que aquí aparecen en concreto esta de aquí esta de aquí está sacada de un libro de Richard feyman que se llama lexual son physics

que es un famoso curso que feinmann dio en la universidad que son los famosos libros rojos de feinmann Y entonces él imagina un experimento mental que es este que aquí aparece recogido podría explicar en detalle pero no lo voy a hacer porque luego voy a poner un vídeo en el que vamos a a ver en animación el propio experimento bueno de todos modos voy a indicar un par de de cosas Aunque luego se repitan porque yo creo que es interesante el asunto el experimento como saben consiste Sencillamente en que yo tengo una pantalla que tiene

dos rendijas y luego hay otra pantalla que recoge lo que me llegue una vez que lo que yo envié haya pasado las dos rendijas y este es el detector un detector Bueno si yo cojo y lo que hago es enviar ondas a través de las dos rendijas lo que obtengo aquí es lo que se llama un patrón de interferencias un patrón de interferencias no es sino Sencillamente un conjunto de raya oscuras y claras que aparecen en esta pantalla vale es decir resumiendo podríamos decir que una interferencia es el resultado de que luz más luz produzca

oscuridad es decir en una zona llegan dos ondas una en una cresta y otra en un valle y al superponerse dan como resultado nulo y por lo tanto no hay señal no hay luz habría oscuridad eso es el famoso experimento crucial de John que al enviar luz a través de estas dos rendijas aquí se forma un patrón de interferencia Y entonces se concluyó que la luz era un conjunto de ondas si yo repito ese experimento con partículas es decir envío balas o pelotas entonces lo que obtengo es Sencillamente enfrente de las ranuras una acumulación de

pelotas se crean en la pantalla nada más que dos señales que pueden ser impacto de unas pelotas que han llegado a través de la abertura pero lo interesante y lo extraño es que si yo repito ese experimento no con bolas sino con electrones lo que obtengo aquí son impactos en la pantalla pero que no se distribuyen como se debían distribuir las bolas si los electrones fueran partículas sino que el patrón corresponde a un patrón de interferencia es decir que el electrón ha puesto en este experimento de manifiesto su naturaleza ondulatoria Este es el kit del

del experimento en sí bien Luego aquí feinmann pues hace otro experimento en el que se pregunta bueno si yo coloco detrás de esta pantalla un detector que me Determine por para averiguar por dónde diablos ha pasado el electrón porque hay una cuestión también interesante y es la siguiente que este experimento es decir el patrón de interferencias se forma Aunque yo haya enviado en este experimento no un chorro de electrones sino electrón a electrón es decir yo envío un electrón y el electrón produce un impacto envió otro otro impacto otro impacto entonces en principio no parece

haber ningún patrón pero cuando yo ese experimento lo repito montones de veces el resultado final es este un patrón de interferencia entonces el único modo de queso pueda suceder es que cada electrón interfiera consigo mismo es decir que el carácter ondulatorio del electrón está asociado a cada electrón Yo sé que hay algunas caras de sombras pero veremos esto con más detalle Entonces digamos feinmann propone lo siguiente dice Bueno pues qué me está diciendo que el electrón pasa por las dos rendijas a la vez Bueno pues voy a ver por dónde diablos pasa y entonces coloca

un detector detrás de la pantalla que por el procedimiento que fuere detecta por donde ha pasado el electrón Bueno entonces repite el experimento envía electrón a electrón y Entonces digamos yo observo detrás de la pantalla que se enciende por un lado digo ha pasado por abajo o se enciende por arriba ha pasado por arriba es decir yo detecto por dónde va el electrón Y entonces o mi gran sorpresa el patrón de interferencias este este de aquí desaparece y lo que obtengo es otra vez esto es decir resumiendo si yo no miro si yo no observo

Por dónde pasa el electrón el electrón muestra su carácter ondulatorio si yo detecto Por dónde pasa el electrón el electrón muestra su carácter corpuscular y siempre en la pantalla de detección en esta el electrón se comporta como un corpúsculo es decir en la pantalla no se obtiene para cada electrón algo difuminado si no se obtiene Toc un impacto Bueno este experimento se llevó a cabo y hay un vídeo y yo se los voy a poner ahora lo realizó un equipo japonés en 1982 y es a mi juicio bastante impresionante porque lo que detectaron estos O

sea redujeron la intensidad de la luz a su mínima expresión de forma que tenía la certeza de que se iba enviando un electrón un electrón un electrón para evitar la idea de que uno podría pensar que el patrón de interferencias es producto de que un electrón influye sobre el otro no no aquí se envía uno luego se envía a otro se envía otro y cuando yo envío el segundo el primero ya ha llegado a la pantalla o sea que no está interfiriendo con el anterior sino cada uno va independientemente cada uno de esos puntitos es

un electrón que él van llegando [Música] al azar en principio Eso es al cabo de un cierto tiempo [Música] va dejando esa ese resultado sigue pasan horas está emergiendo varias horas después a varias horas después Esto es lo que aparece en la pantalla se retira y lo que se observa [Música] experiment [Música] Comparado con el que se utiliza Ese es el patrón con electrones y esto es un patrón con ondas ven ties es decir [Música] quiero que sientas el asombro la confusión y la incredulidad que tuvieron los físicos al explorar Cómo se comportan los pequeños

elementos que nos forman quiero que veas lo extraordinario que es nuestro universo quiero que descubras el mundo cuántico que conste que el siguiente montaje no es invención mía La leí en el Enigma cuántico no comparto las opiniones expresadas en este libro Pero reconozco que sus explicaciones son estupendas sin más dilación aquí va el experimento de la doble rendija como nunca antes lo has visto nuestro protagonista es un átomo sí no lo puedes ver es que es muy pequeño para eso tenemos este detector lo activamos y Ajá luz verde Eso quiere decir que el átomo está

ahí bien Vamos a jugar con él pero antes dejadme que os enseñe el campo de pruebas por orden Esta es la máquina del Azar su tarea simplemente es cuando demos la orden la de extraer un átomo y colocarlo al azar dentro de una de estas dos cajas trucos las cajas son cajas ordinarias tienen dos aberturas una por arriba que nos permite meter el detector para saber si el átomo está ahí o no y una lateral que está enfrentada a una pantalla detectora y es que la tomó dentro de la caja No para de moverse de

chocar contra las paredes si abrimos la segunda abertura el átomo acabará saliendo disparado y chocará contra alguna parte de la pantalla en ese lugar aparecerá una marca así sabremos dónde impactado el agitado átomo por supuesto Esta es una caricatura del experimento real se ha quitado el bla bla técnico y se ha reducido el montaje a lo conceptual para que se entienda mejor por ejemplo en vez de una pared con dos rendijas ahora tenemos dos cajas El caso es que las conclusiones que vamos a sacar aquí y creedme en esto son las mismas que las del

experimento real este se ha realizado y se sigue realizando en laboratorios de todo el mundo con resultados iguales dejándonos a los físicos locos espero dejarte así a ti también cuando alcancemos el experimento número 3 pero vayamos experimento número 1 Vamos a comprobar lo que ya sabemos activamos la máquina y el átomo es colocado aleatoriamente en una de las dos cajas no sabemos En cuál abramos una de ellas la Azul Por ejemplo abrimos por arriba ponemos el detector y luz verde el átomo estaba en la caja azul aún así abramos la roja a ver qué pasa

vale No Pita no hay nada en la caja átomo el azul roja vacía repitamos el proceso activamos la máquina y tenemos un nuevo átomo colocado al azar probamos suerte con la azul y vaya no dice nada el detector parece que está vacío abramos la roja entonces Ajá luz verde Aquí estaba el átomo azul vacía átomo en la roja Supongo que te imaginas que pasas y repetimos esto una y otra y otra vez acabaremos con una lista en la que más o menos el 50% de los átomos estaban en la caja roja y el otro 50

en la caja Azul la máquina del Azar hace bien su trabajo y por supuesto cuando el átomo estaba en una caja la otra siempre estaba vacía porque un átomo no puede estar en las dos cajas a la vez no experimento número 2 juguemos con la pantalla activamos la máquina y el átomo se distribuye en una de las dos cajas esta vez vamos a abrir la abertura lateral de una de las cajas por ejemplo la roja y ver qué pasa de repente una marca aparece en la pantalla abrimos la caja azul y nada ocurre Ok repitamos

activamos la máquina y esta vez abrimos la caja azul No pasa nada en la pantalla abrimos la roja y una marca parece si continuamos haciendo esto la pantalla se nos llena de puntos estos están colocados más o menos al azar excepto por dos grandes concentraciones justo enfrente de las cajas lo que es muy normal es mucho más probable que el átomo salga de la caja de manera recta en vez de hacerlo con bastante inclinación en cuanto a cuál apertura de caja ha producido una marca tenemos resultados iguales a los de antes más o menos el

50% de ha sido la caja roja y el otro 50 la azul lo que ha pasado aquí parece evidente cuando hemos abierto la caja donde estaba el átomo este ha salido pitando y se ha chocado contra la pantalla cuando hemos abierto la caja vacía no ha pasado nada a veces tocaba en la roja a veces tocaba el azul porque claro el átomo No puede salir de las dos cajas no experimento número 3 por último vamos a abrir las aberturas de las dos cajas a la vez al mismo tiempo cargamos el átomo y marcan la pantalla

repetimos activamos la máquina abrimos las dos cajas a la vez y otra marca en la pantalla en este punto habré acabado con tu paciencia piensas que lo que está pasando Es obvio que el átomo está saliendo disparado de una de las dos cajas ahora ya ni sabemos cuál y choca contra la pantalla de modo que si lo hacemos muchas veces obtendremos lo mismo que en el experimento número 2 y es aquí donde el mundo cuántico nos pega un bofetón esto no ocurre si repetimos la apertura simultánea de las dos cajas nos encontramos este curioso patrón

las preguntas surgen solas Por qué los átomos en vez de chocar justo enfrente de las cajas deciden concentrarse en estas zonas parece absurdo Supongo que los experimentales sospecharon que esto era causa de algo externo al laboratorio por ejemplo que en la habitación de al lado otros físicos estuvieran jugando con Campos magnéticos que estuvieran afectando a los átomos Así que les dijeron amablemente que se estuvieran quietos y para asegurarse decidieron probar alejar las cajas y es que si cambias algo de tu experimento y los resultados no reaccionan es una señal muy fuerte de que hay una

influencia externa provocando esos resultados pero no es el caso al separar las cajas y repetir el experimento el patrón volvió a aparecer pero con las concentraciones también más separadas juntaron las cajas y el patrón también se juntó este parece un detalle muy tonto pero lo cierto Es que nos da a entender algo Bastante siniestro que es como si el átomo estuviera dos cajas a la vez no queda dos átomos no que este partido por la mitad el mismo átomo en los dos sitios seguir mi razonamiento si el átomo está en una de las cajas cuando

salga disparado tiene que ir con mucha probabilidad a una de estas zonas Pero estos lugares de la pantalla dependen como acabamos de ver de la distancia entre las cajas y este es el gran problema si el átomo sale de una caja no puede llevar ninguna información de la otra caja no puede verse afectado por ella porque es una caja que está vacía que no interviene de ninguna manera en esta tirada y sin embargo la información llega a la pantalla luego la única manera de que la separación entre cajas influye en el patrón es que ninguna

caja esté vacía y el átomo se encuentre en las dos cajas a la vez y sí es cierto que en el experimento número 2 las concentraciones también se separan si mueves las cajas la diferencia es que puedes saber muy bien A qué caja pertenece cada disparo si quitas una caja y repites el experimento obtienes una de esas dos este patrón es claramente la suma de dos patrones Pero esto no ocurre en el experimento número 3 tú aquí no puedes diferenciar de qué caja ha salido cada disparo y mucho menos la suma de los patrones de

cada caja sola no coincide con el patrón de abrir las dos cajas a la vez Es decir que ambas cajas están actuando combinadas para fabricar el patrón y la única manera de que sus propiedades conjuntas se propaguen hasta la pantalla es que el átomo tenga también esa información estando de igual manera en ambas cajas en resumen haciendo los experimentos uno y dos parece claro que el átomo está en solo una caja pero si hago el 3 no me queda otra salida que aceptar que está en las dos no es esto contradictorio salgamos de dudas volvamos

a hacer el experimento número 3 pero poniendo dos detectores al lado de las aberturas así sabremos si la toma sale de una caja o de las dos activamos la máquina y empezamos al principio Parece que la idea del átomo en ambas cajas no era muy buena a cada disparo solo uno de los detectores se enciende el átomo Sale Solo de una caja pero cuando parece que el mundo recobra el sentido miramos a la pantalla y pan no está el patrón de antes quitamos los detectores repetimos el experimento y volvemos a obtener el patrón del experimento

3 los colocamos repetimos el experimento y obtenemos el patrón del experimento dos insisto cuando usamos los detectores la única prueba que tenemos de que el átomo está en ambas cajas desaparece y en vez de eso sale un patrón que nos indica que está en una veis lo que está pasando aquí solo cuando no sabemos Dónde está el átomo como en el experimento 3 sin detectores es cuando deducimos que el átomo está en las dos cajas es como si el hecho de medir en que caja está el átomo bien metiendo un detector por arriba o por

el lateral o jugando a abrir una caja primero y luego la otra fuera lo que provocara que el átomo estuviera solo en una caja esto es muy serio creedme cuando os digo que nuestros antiguos se partieron la cabeza intentando comprender que estaba haciendo el átomo intentando encajar sus ideas clásicas y los resultados de un experimento que se reía de ellos y la verdad es que se sigue riendo de nosotros pues algunos de sus aspectos Aún se siguen discutiendo por ejemplo cómo es que el átomo parece estar en las dos cajas hay que tomarse esto literalmente

Y qué tenemos que ver los observadores en todo esto Qué significa exactamente medir sean cuales sean las respuestas los físicos se dieron cuenta que había que reinventarse que había que crear una teoría radicalmente distinta con la que poder manejarse en este Extraño Mundo estoy hablando de la mecánica cuántica digamos que aquí hay una viñeta que en cierta medida intenta transmitir esta idea es una viñeta muy famosa en la que este individuo y tal pues ve que un esquiador digamos llega aquí se encuentra con la rendija y se va por los dos lados y luego se

reagrupa en el otro lado digamos que esto es una trampa claramente No aquí cada uno hace una huella del esquí Bueno espero que no les haya suscitado digamos por lo menos asombro no Esto es lo que si uno es hacer los experimentos sucede bien les comenté que bueno Dónde dónde empezó todo este asunto Bueno pues este asunto empezó en 1900 cuando planck que era un físico de la vieja escuela estaba intentando explicar lo que se conoce como la radiación del cuerpo negro olvidémonos del cuerpo negro y tal la idea era Sencillamente intentar explicar los colores

que adquieren los cuerpos a medida que se van calentando que van pasando entonces de un color rojo azul etcétera Bueno entonces la cuestión es que si uno aplicaba las leyes de la física clásica encontraba que en realidad el patrón la curva digamos que que se ajusta a los resultados que es la que aparece ahí arriba Esa es la curva de radiación del cuerpo negro Esta es la correspondiente a Esta esta este y esta esta es una curva que tiene un máximo de una determinada frecuencia y luego disminuye esta curva no se podía explicar utilizando las

leyes de la física clásica en concreto las leyes de electromagnetismo Y entonces planck se vio obligado a introducir como recurso teórico lo que se llamó la cuantización de la energía es decir que cuando yo tenía un intercambio entre radiación y materia ese intercambio no podía hacerse con cualquier valor de la energía sino que podía Únicamente se podía hacer por medio de cuánto es decir por medio de trozos como si fueran monedas no decir no era una cosa continua al intercambio sino el intercambio era un intercambio con cuánto de energía plan no no los llamó así

Este término aplicó el término de cuánto Y entonces desde el punto de vista teórico lo único que él hizo fue un ajuste matemático para obtener la curva de radiación del cuerpo negro él estaba convencido de que eso que había sido una explicación digamos sacada de la manga iba a recibir una explicación posterior bueno sin embargo en esta es la curva y digamos esto que aparece ahí en colores y tal pues son las longitudes de onda más grandes o las frecuencias más cortas y tal Bien Estas son las curvas y para obtener esta curva que aparece

en la en la fórmula esta que hay aquí que es la fórmula de la radiación de planck él se vio obligado como digo a hacer esa esa presunción que la energía se intercambiaba por medio de cuánto no de forma continua sino de forma discreta bien en 1905 Esto fue en 1900 en 1905 Einstein publicó su famosos artículos y tal que era el año milagroso de Einstein y entre los artículos hay dos que se refieren a la luz uno tiene que ver con el hecho de que la velocidad de la luz es constante es su artículo

sobre la relatividad especial y el segundo artículo Es sobre el efecto fotoeléctrico Qué es el efecto fotoeléctrico Bueno pues el efecto fotoeléctrico No es otra cosa que la emisión desde la superficie de un metal de electrones cuando yo los ilumino si yo ilumino un metal se emiten electrones y yo puedo medir la energía de los electrones de emitidos Bueno pues para conseguir dar una explicación del efecto fotoeléctrico Einstein se vio obligado a concluir que la luz estaba constituida por partículas y cada una de esas partículas tenía una energía que estaba relacionada con la frecuencia si

uno imagina que la luz es una onda electromagnética entonces la intensidad de la luz Depende de lo que se llama la amplitud de la onda para que nos pongamos en un algo más próximo si uno está en la playa y las ondas en la sola la intensidad de la ola tiene que ver con la altura que tenga es decir Cuanto más alta más intensa es la onda y más energía me transmite cuando me golpea es decir que en el campo de la física clásica la energía de una onda está asociada a su amplitud Bueno si

uno utiliza ese esquema para explicar el efecto fotoeléctrico Es decir para explicar la energía de los que se emiten de la superficie de ese metal el resultado que obtiene es completamente erróneo Por qué Pues porque resulta que si yo ilumino el Metal con luz de una frecuencia baja es decir con luz roja Recuerden el color rojo está asociado a la frecuencia de la luz más baja dentro del campo visible y la luz Violeta está asociada a la luz de mayor frecuencia Bueno pues si yo ilumino con luz roja el metal Aunque la intensidad de la

luz sea enorme del metal no sale ningún electrón no sale en electrones en cambio Si yo ilumino ese mismo metal con luz Violeta Aunque la luz sea de intensidad bajísima la superficie del metal emite electrones la única explicación que hay este digamos obtuvo la única explicación que ha encendido o la explicación que hay entendió es que en realidad la luz estaba compuesta también pese a lo que se pensaba estaba compuesta de partículas Es decir de unidades discretas Y esa es una idea discretas a las que luego se les llamó fotones tenían una energía que estaba

asociada no a la amplitud de la onda sino a la frecuencia Esa es la famosa fórmula de e igual a la constante de planck H por no es decir que para explicar el efecto fotoeléctrico yo tenía que darle a la luz una naturaleza corpuscular con posterioridad compton hizo experimentos en los que enviaba un fotón contra un electrón y analizaba lo que salía bueno para explicar ese fenómeno que es un fenómeno de choque digamos que la única explicación plausible era que el fotón se comportara como si fuera una partícula que tenía un momento no solo tenía

energía sino tenía momento el momento para que piensen en una partícula es como si tuviera el producto de su masa por su velocidad Aunque en el caso de los fotones no sea exactamente así pero bueno es decir que el fotón se comportaba como una partícula porque tenía una energía discreta y no solo eso sino además tenía un momento asociado bueno de tal forma que se llegó a la extraña conclusión de que es la luz digamos en unos casos se comporta con su naturaleza ondulatoria y en otro con su naturaleza corpuscular bueno el asunto no acabó

aquí porque como saben hay otro físico que fue Luis de que dijo Bueno si la luz tiene características ondulatorias y corpusculares no será también posible que los electrones tengan a su vez esa naturaleza ondulatoria y corpuscular y desarrolló una teoría asociando a los electrones una longitud de onda Este conjunto de cosas es lo que se conoce en la vieja jerga como la famosa dualidad Honda corpúsculo Bueno hay otra cuestión también digamos que tiene que ver con todo este asunto que es la siguiente Bueno hay que remontarse a Newton y a sus famosas experimentos sobre digamos

la descomposición espectral de la luz Newton saben hizo pasar luz por un prisma y vio que se descomponía en todos sus en todos sus colores este bueno digamos con posterioridad lo que se hizo fue analizar la luz de los distintos elementos químicos esto es posterior no a medida que los elementos químicos se fueron descubriendo se analizó su luz y entonces se observó que el espectro de esos elementos químicos no era un espectro continuo sino que en él aparecían rayas concretas aparecían digamos en la zona visible por ejemplo para el hidrógeno una serie de rayas pero

no un espectro completo y que cada uno de los elementos químicos tenía un espectro propio es decir unas huellas dactilares digamos propias bien Entonces digamos que la cuestión que se planteó es bueno Cómo se explica todo este asunto los átomos de los distintos elementos químicos tienen que tener en su interior una estructura que explique justamente esto este es básicamente el proceso que se utiliza en la en la ciencia clásica y común no es decir yo tengo un objeto del que observo unas peculiaridades en este caso era los espectros de emisión de los distintos átomos Y

entonces la primera pregunta que se me ocurre bueno Esto será debido a que los átomos no son digamos algo que no tenga estructura sino debe haber una estructura interior que explique justamente estos espectros Bueno entonces saben que se hicieron una serie de experiencias que lo que pretendían era intentar conocer la estructura interior del átomo y se desarrollaron distintos modelos bueno en concreto hay una famosa experiencia que es esta de aquí en la que digamos se envió una serie de partículas contra una lámina muy delgada de Y entonces se observó lo que lo que digamos la

desviación de la trayectoria de esas partículas que se enviaban Entonces lo extraño del asunto era que había partículas que parecían rebotar que se iban hacia atrás o sea las enviadas eran partículas cargadas positivamente Y entonces impactaban contra lo que aquí hubiera y digamos la mayor parte pasaban no y se desviaban un poco lo que fuera Pero algunas sufrían una desviación bestial y esto solamente se explicaba Si hubiesen chocado con algo que tuviera una masa muy grande y que estuviera muy concentrado Entonces esto permitió desarrollar el famoso modelo Planetario para el átomo esto lo desarrolló Rutherford

entre 1908 y 1913 y digamos pretendió explicar la estructura del átomo de esta manera Qué pasa Bueno pues que si uno aplica las las leyes clásicas y e imagina que el átomo Está compuesto por un núcleo que es cargado positivamente y luego electrones que orbitan a su alrededor el resultado es que todo electrón que está acelerado emite energía y por lo tanto eso electrones en órbita que están acelerados porque su trayectoria se curva emitirían radiación y al final el electrón caería sobre el núcleo es decir aplicando las leyes de la física clásica uno no podía

explicar el modelo Planetario que ratherford había diseñado hay otra cuestión también que debía haber hecho sospechar que es la siguiente es decir debía haber hecho sospechar de que tenía que introducirse algo discreto en el interior de los átomos y es la siguiente idea es decir resulta que todos los átomos salvo excepciones de los isótopos han visto este tipo de pijaditas entre comillas digamos todos los átomos son iguales es decir un átomo de hidrógeno producido de determinada manera es igual a otro átomo de hidrógeno producido de cualquier otra manera distinta y tal es decir todos los

átomos son iguales si uno piensa que por ejemplo tiene una estructura como esta planetaria esto lo que sugiere es que esto el interior debe ser bastante distinto a otro modelo Planetario que yo tengo que es por ejemplo el sol y los planetas alrededor en este modelo del Sol y los planetas los planetas pueden estar orbitando a cualquier distancia es decir en los sistemas planetarios si yo descubro otro será totalmente distinto a este no tienen identidad no son iguales en cambio en el interior de los átomos digamos tiene que haber algo que constriñe algo que que

limite para que todos sean iguales es decir esto no sé si se les ocurrió en su momento pero a mí me parece que es una cosa que aún no podría ocurrirse es decir que el interior del átomo tiene que tener una cierta limitaciones que lo hagan discreto no puede ser continuo Esta es la idea es decir los entes cuánticos deben estar sometidos a condiciones restrictivas en su interior bueno saben perfectamente que bor en 1913 intentó dar solución a este asunto e introdujo sacado de la manga una serie de condiciones restrictivas y entonces mediante esas condiciones

restrictivas limitó las órbitas atómicas es decir solo podían los electrones estar orbitando en determinadas órbitas y las leyes de la física clásica no se cumplen para esos electrones porque pese a ser acelerado no emiten radiación están en lo que se llama sus órbitas estacionarias o sus estados estacionarios esto es como se habrán dado cuenta una construcción artificial totalmente es decir es una mezcla de física clásica los electrones dando vueltas y tal Y luego restricciones sacadas de la Banda vamos a llamarlo así mediante esa ese esa introducción Y luego el hecho de que la energía que

los átomos emiten es producto de que el electrón salta de una órbita a otra pero salta sin casi pasar por el medio si nos da un salto y emite una radiación que es la diferencia de las energías de los electrones en la órbita superior menos la inferior con este modelo explicó las rayas en concreto del átomo de hidrógeno bien Esto aquí hace un recorrido por esto que les he estado comentando no el experimento de raderford Bueno luego lo que se llama la vieja teoría cuántica fue un complemento al átomo de Bohr en el que se

permitió la existencia de órbitas elípticas esto lo hizo Arnold summerfeld y entonces esto obligó a aumentar el número de condiciones restrictivas o que ustedes habrán estudiado esto en algunas veces estudiar o ciencias y los átomos y todo este tipo de cosas lo que se conocen como los famosos números cuánticos entonces cada átomo tiene una serie de números cuánticos que determinan Cuál es la estructura orbital que tienen cuáles son sus órbitas permitidas y Cómo se producen los saltos y cómo se explica esto sirvió para explicar digamos bastantes cosas en concreto para poner cierto orden y entender

algo de lo que es la tabla periódica que también era en principio otro misterio no bueno bien este digamos es también lo que les comenté antes sobre de brookly no que para cerrar el círculo pues le asoció a los electrones que teóricamente eran partículas propiedades de naturaleza ondulatoria en 1925 que es el año crucial 1925 y 1926 se produce la gran ruptura y es la introducción de lo que se conoce como mecánica de matrices y mecánica ondulatoria las 12 se produjeron con un espacio de tiempo bastante corto unos heisenberg utilizando el lenguaje de las matrices

etcétera y heisenberg perdón Y heisenberg utilizando el lenguaje de las matrices Y readinger utilizando el lenguaje de las ecuaciones diferenciales bueno estos estos dos personajes son también enormemente interesantes luego el propio redinger mostró que una y otra teoría eran desde el punto de vista formal asimilable hizo una demostración de que las dos en realidad hablaban de lo mismo y daban cuenta de lo mismo pero la filosofía que las animaba era completamente distinta uno se apoyaba básicamente en el tema de la cuanticidad es decir en los altos en la en lo discreto y el otro en

cambio esto de Los Altos cuánticos le traía maltraer No de hecho él abominaba de haber tenido algo que ver con este asunto porque dice que eso le producía repelús y los dos tampoco se llevaban excesivamente bien me refiero en las opiniones de tipo científico que vertía uno sobre el otro digamos que la teoría que gozó de mayor desarrollo y de Y fue más más asimilada por la comunidad científica es la de redinger porque el lenguaje que utilizaba era un lenguaje al que los científicos de aquella época estaban mucho más acostumbrados el tema de las matrices

De hecho heisenberg cuando desarrolló su teoría ni siquiera sabía casi nada de matrices O sea que digamos tuvo que completar su teoría Jordan etcétera y todo otra serie de personajes Pero bueno digamos que ahí en esto que está ahí escrito está sintetizada las dos grandes cuestiones relacionadas con el tema de la mecánica cuántica que son por un lado la ecuación de redinger que es la que aquí aparece que como ven es una ecuación diferencial es decir Hay algo en principio extraño que es esto que se llama la función de ondas luego hay digamos una derivada

respecto al tiempo y luego hay aquí un símbolo extraño esto es un operador que se llama el hamiltoniano pero que si uno lo desarrolla es un conjunto de ecuaciones diferenciales es decir son derivadas y el lenguaje el lenguaje de lo continuo entonces lo que esta ecuación describe es lo que hace la función de ondas cuando yo no mido recuerda cuando yo no no miro la cuestión de ondas cuando yo no mido Entonces el ente cuántico viene representado por esa sí y digamos evoluciona de acuerdo con esta ley Vamos hasta ahí Bueno pero la segunda ley

de la física cuántica es lo que aparece ahí como número dos que dice la evolución de la función de ondas es decir lo que hace sí se interrumpe de modo abrupto cuando se efectúa una medida y desde el momento en que yo efectúo una medida la función de ondas que era una cosa difusa que podía estar por cualquier lugar automáticamente hace Black colapsa y adquiere un valor determinado Esta es la el meollo de la de la física cuántica vamos a ver si les doy un poco una una pincelada más bueno por ejemplo si yo tengo

un objeto cuántico yo de ese objeto cuántico no conozco dónde está No sé ubicarnos no pero no porque yo desconozca Dónde está sino porque el propio objeto cuántico digamos tiene esa esa difusión Este es un tema también complicado o sea entonces para yo caracterizarlo decir para yo hablar por ejemplo de ese electrón que está por aquí yo le asigno un ente matemático que es la función de onda Y esa función de ondas tiene una distribución por ejemplo en el espacio como esto Qué significa esto pues significa que el electrón lo más probable es que esté

aquí por aquí está menos probable y tal Y por aquí no hay probabilidad ninguna de que esté es decir la función sí es una función matemática que la única información que me da es la probabilidad de que cuando yo mida Dónde está el electrón lo encuentre aquí aquí o aquí y al ser la función de ondas así empinada por aquí lo más probable es que lo encuentre aquí pero lo puedo encontrar aquí aquí aquí lo puedo encontrar por donde esta función de onda me indica pero ojo la función de ondas no es nada real Es

una construcción matemática que yo me hago para dar cuenta Luego de los resultados O sea que no hay que pensar en la función de ondas como algo físico como algo que existe Realmente si no es digamos una receta una que yo aplico para luego dar cuenta de las experiencias Y que cuando Yo mido efectivamente De todas formas no acaba el asunto aquí porque en realidad lo que me da Dónde está el electrón no es sí sino el módulo de Sí sí es un número complejo Que tiene un módulo y tiene también una fase Entonces esto

es importante que sea un número complejo es decir que estoy intentando fíjense ustedes de atrapar la realidad utilizando números complejos números imaginarios tiene tela Bueno entonces qué le pasa a la función de donde decir qué le pasa aquellas dos cuestiones que puse la ecuación de redinger y el proceso de medida lo que le pasa es lo siguiente lo que pasa lo siguiente cuando está la función de la ecuación de readinger funcionando Esto va evolucionando por ejemplo imagínense se va moviendo se va moviendo en el espacio pero cuando Yo mido Esto hace fue desaparece y se

convierte en esto en lo que se llama matemáticamente una Delta de dirac es decir la función de ondas que era algo extenso cuando Yo mido desaparece colapsa y se queda en solo un punto Ahí es donde está el electrón cuando yo he medido el electrón ya no está ya no está en ya ya tengo la certeza de que está ahí Es decir la probabilidad se convierte en una probabilidad 1 en certeza Esto es lo que se llama el colapso de la función de onda [Risas] Entonces el colapso de bueno el que hizo o sea es

redinger al principio cuando metió su ecuación Él pensaba que la que sí tenía una una relación física era algo era como la carga la carga eléctrica por ejemplo si estaba analizando imagínense un electrón pues podía pensar que la función sí lo que describía era que el electrón se difuminaba y tenía había una densidad de carga extendida es decir pensaba que tenía un sustrato físico es dinero el que hizo la ecuación Pero eso eso no funcionaba ni de broma Y entonces maxboard que es el personaje y tal fue el que se dio cuenta de que en

realidad esa función sí lo que describía era probabilidades más en concreto una onda de probabilidad lo que va a mostrar es una imagen matemática pero en lugar de hacerlo con ecuaciones lo que va es a simular el comportamiento de un número complejo como si fuera un reloj que tiene un solo puntero y que va dando vueltas un número complejo los que son de matemáticas y tal esto les resultará muy evidente pero para el resto lo que tienen que imaginarse es que yo me puedo representar visualmente un número complejo como si fuera un reloj con un

puntero dando vuelta de acuerdo Entonces lo que vamos a ver Es que la función de ondas que yo la voy a simular bueno la van a simular con relojes de punteros pero extendidos por todo el espacio vale porque la función de ondas se extiende por todo el espacio no está constreñida salvo que yo la meta en una caja por ejemplo Y entonces está dentro pero cuando yo abra la abertura de la caja la función de onda se va a desplegar como si fuera una onda Y entonces los relojes van a ir avanzando porque la ecuación

de ondas de redinger es una ecuación dinámica no lo que nos muestra es como la función si va cambiando con la posición y con el tiempo entonces lo que veremos serán una serie de relojes moviéndose saliendo de las rendijas y el comportamiento de esos relojes cuando llegan dos al mismo sitio es lo que nos va a permitir explicar el patrón de interferencias cuando se produce cuando no se produce etcétera Bueno yo espero que ahí aparezca esto de forma más nítida que como yo les estoy diciendo Así que a aquí sale otra vez nuestro personaje Ese

soy yo cuando era joven la semana pasada estuvimos hablando sobre mecani esta entidad que utilizamos los físicos para hacer predicciones la cosa es que a través de los comentarios me di cuenta de que se me había olvidado contarlo más importante sí la función de onda está muy Guay Pero cómo explica los resultados del experimento de la doble rendija Cómo explica que cuando abrimos las dos cajas no sale ese preciso patrón Y qué pasa con esa cosa de medir hoy vamos a ver experimento experimento Cómo utilizando la mecánica cuántica y esta idea de función de onda

podemos entender lo que ocurre aquí esto quiere decir que vamos a abandonar la idea de que el átomo es una bonita que sigue una trayectoria y vamos a poner en acción el concepto de función de onda con la idea de trayectoria se conseguía explicar bastante bien los dos primeros experimentos pero como visteis con el tercero era un desastre encontraréis muy iluminador como la función de onda consigue apañar los tres a la vez Bueno aunque sea un poco más complicado de ver y por supuesto creo que no hace falta decirlo esto no tiene mucho sentido si

no te has visto los dos vídeos anteriores Ok empecemos con el primer experimento en el que habríamos cada caja por arriba para ver si el átomo estaba allí dentro paso número uno me olvido de que el átomo es una bolita y pienso en su función de onda paso número 2 le pregunto a la ecuación de schrödinger Cuál es la forma de la función de onda ella me dice que mientras las cajas sean buenas la función de onda está confinada dentro de ellas por lo que se lo voy a detectar el átomo allí el hecho de

que haya función de onda en ambas cajas es culpa de la máquina del Azar en jerga cuántica ella prepara el estado inicial al colocar aleatoriamente el átomo está repartiendo la función de onda entre las dos cajas paso número tres transformamos la función de onda en probabilidades y sorpresa tenemos un 50% en cada caja de encontrar allí el átomo justo lo que exhiben los resultados todo correcto pues pasemos al experimento número 2 en el que habríamos la abertura de una sola caja bien al abrir la caja soltar el átomo su función de onda reacciona a esta

libertad la función de onda se propaga y oscila como una onda una onda esférica debido a esto las zonas de la pantalla más cercanas a la caja van a tener flechas más grandes pues la intensidad de una onda esférica disminuye con la distancia En consecuencia cuando pasemos a probabilidades las más altas estarán justo enfrente de la caja y se reducirán a lo largo de la pantalla haciendo que el patrón sea el esperado al ir abriendo a cada tirada una sola caja la función de onda que suelto es la respectiva de cada caja si abro la

roja la máxima probabilidad estará a la izquierda si abro el azul estará a la derecha esta intermitencia forma el patrón que vemos experimentalmente por último el tercer experimento al abrir ambas cajas simultáneamente y por tanto soltar a la vez ambas funciones de onda estas se van a solapar Aquí está la magia porque tal como ocurre con una onda habrá zonas de la pantalla en las que las funciones de onda oscilan a la vez y al combinarse su amplitud se magnifique mientras que haya lugares en las que una oscilación esté retrasada respecto a la otra lo

que al sumarse resultará en una cancelación esto repercuten las probabilidades las zonas con las flechas amplificadas tendrán probabilidades muy altas de tener colisiones mientras que las zonas con flechas anuladas es esta mezcla de combinaciones y cancelaciones las que forman el patrón del experimento número 3 vamos con lo chungo colocamos dos detectores en las salidas de las cajas Por qué surge el patrón del experimento número 2 porque cuando la función de onda se libera y el detector interactúa con ella un extraño proceso ocurre la función de onda cambia bruscamente vale Cero en todos los puntos del

espacio excepto en uno en los que hay un 100% de probabilidades de encontrar el átomo allí hemos detectado el átomo ahora conocemos su posición este repentino proceso se llama el colapso de la función de onda aunque normalmente lo llamamos medir los detectores no son los únicos que realizan este proceso la pantalla también lo hace cuando la función de onda llega hasta ella la pantalla la colapsa y toma el valor resultante como la posición del átomo el colapso sucede en consonancia con las probabilidades ya que colapsar la función de onda implica detectarla sucederán más en los

lugares donde haya probabilidades más altas Pero la función de onda no se queda quieta después de eso una vez la medición y por tanto el colapso ha acabado ella sigue propagándose como una onda esférica en consonancia con su libertad dándonos las nuevas probabilidades de encontrar el átomo en un cierto lugar de producir un segundo colapso en un sitio en particular fijaos el hecho de realizar la medida de manera temprana antes de que la pantalla lo haga es lo que cambia el patrón veis la función de onda que sale de la otra caja una vez haces

la medida esta función de onda muere te has cargado la interferencia antes de que suceda por lo que la propagación de una sola onda esférica te va a dar el patrón que vimos justo antes al poner los detectores y prevenir la interferencia está reproduciendo lo que conseguíamos abriendo solo una de las cajas lo que irremediablemente nos va a dar el patrón del experimento número 2 como veis utilizando la función de onda las cuatro situaciones tienen una explicación Pero estoy seguro que no ha sido una explicación totalmente satisfactoria para vosotros sí esto funciona Pero algunas preguntas

muy serias surgen las probabilidades que nos da la función de onda encajan con nuestros resultados Pero por qué encajan es la función de onda solo un buen modelo matemático y No deberíamos darle más vueltas o estamos mostrándonos algo real es la función de una especie de interacción que empuja el átomo a donde debería estar lo cual ya os digo que no O tal vez el guiño que hacía el experimento de la doble rendija con esos dos átomos estando en las dos cajas a la vez es cierto y la función de onda está reflejando la ocupación

del átomo en muchos lugares del espacio al mismo tiempo o realmente es todo esto no estupidecía hasta que yo no haga una medida la posición del átomo es una cosa que está ontológicamente indefinida y hablando de medir qué demonios ha pasado aquí por qué la función de onda y por tanto el átomo reaccionan así al medirlos al influir en el mundo de las pequeñas escalas con objeto de las grandes escalas estoy corrompiendo algo o en realidad esto es algo mucho más profundo como veis no tengo respuestas para vosotros y mira no os voy a engañar

no hay respuestas científicas a ninguna de estas preguntas porque a mí me parece que ahí está está digamos la esencia o el meollo de del asunto este de la cuántica en esta experiencia que me imagino que les habrá resultado como mínimo peculiar no curioso