El experimento más bonito de la física: Doble rendija de Young, los misterios de la física cuántica

bienvenidos al Canal de divulgación del instituto de estructura de la materia del csic Mi nombre es Ángel González valdenebro trabajo como técnico especializado en el instituto de estructura de la materia en el departamento de física molecular y voy a hacer esta presentación titulada el experimento más bonito de la física la doble rendija de Young y los misterios de la mecánica cuántica de hecho esta presentación la hice ayer en el salón de actos del instituto como parte de la semana de la ciencia del año 2022 tuvimos algún problema durante la grabación y ese es el motivo

de repetir la grabación offline hoy voy a intentar repetir lo que dije ayer lo más fielmente posible hasta donde lo recuerdo de forma que lo único que os perdéis y escucháis esta grabación offline es el dudoso privilegio de verme en directo mientras hago la presentación muy bien lo primero que tengo que hacer es justificar el título de la presentación Por qué Digo en qué me baso para decir el experimento más bonito de la física pues me baso en una encuesta que hizo una revista científica physic Walt es la revista científica o la revista de los

colegiados del colegio de física del Reino Unido de forma que los lectores en principio son físicos profesionales O al menos físicos colegiados y como resultado de las votaciones aparece esta clasificación de los 10 experimentos más bonitos de la física bueno en la que lo más curioso es que el experimento del que os voy a hablar no solamente aparece el primero el más bonito sino que aparece dos veces aparece en primer lugar y en quinto lugar cómo es posible bueno pues porque este experimento se puede hacer de dos formas se puede hacer como lo hizo Jean

originalmente con luz y ese es el que aparece en el quinto puesto o se puede hacer cómo se hizo años más tarde con electrones y este es el que aparece en primer lugar bueno pues esto me pareció razón suficiente para decir el experimento más bonito de la física lo siguiente que tengo que aclarar es Qué significa o qué puede significar experimento bonito para un físico porque probablemente no es lo mismo que significa bonito en otros contextos o para otra gente de hecho es muy posible que al oír la palabra bonito lo primero que se os

venga a la cabeza es la idea de algo vistoso espectacular en el sentido en que son vistosos o espectaculares los fuegos artificiales Bueno pues esto no tiene prácticamente nada que ver con que a un físico le parezca bonito un experimento tiene mucho más que ver la idea de economía simplicidad no economía en el sentido de que sea barato hacer el experimento o simplicidad en el en el sentido de que sea el experimento se puede hacer en casa sino economía y simplicidad conceptual que sea fácil Describir el experimento decir esto es lo que lo que se

hace Esto es lo que se observa también tiene mucho que ver con que un físico considere bonito un experimento el que las implicaciones sean profundas a pesar de ser simple lo que yo llamaría el poder transformador del experimento fijaos En mi opinión si uno asimila el experimento de las doble rendija hecho con luz uno no vuelve a pensar de sobre la luz de la misma manera que pensaba antes y se asimila el experimento de la doble rendija hecho con electrones no puede volver a pensar sobre los electrones de la misma manera que pensaba antes en

el título de la charla hay una coletilla los misterios de la mecánica cuántica esto es porque Además este experimento ilustra muy bien algunos de los conceptos fundamentales y normalmente considerados más misteriosos de la mecánica cuántica sobre esto voy a citar a un físico muy popular llamado Richard feyman Por cierto las citas que tomé que he copiado directamente del inglés las he puesto en inglés pero como lo voy a explicar todo lo que aparece no Debería ser mayor problema para nadie decía que esto lo dijo feinmann como parte de un curso muy famoso que impartió un

curso que está está grabado O sea que si alguien tiene curiosidad puede oírlo está accesible en internet se lo puede oír decir a feinmann de viva voz y os decía que feyman dijo algo así como que el experimento de la doble rendija captura todo el misterio el único misterio de la mecánica cuántica Bueno yo no voy a corregir a feinmann pero sí que es cierto que me gustaría puntualizar esto lo dijo hace 60 años y en estos 60 años ha habido multitud de trabajos tanto teóricos como experimentales sobre lo que feyman llamaba el misterio de

la mecánica cuántica de forma que yo para que esto siga siendo cierto hoy en día para que de verdad el experimento capture todo el misterio de la mecánica cuántica hay que aceptar dentro del experimento algunos primos cercanos como son como mínimo el experimento de la doble rendija con elección retardada delay Choice en inglés y el experimento de la doble rendija con borrador cuántico cuánto merece ser en inglés de los dos hablaré durante esta presentación bien Vamos a ver dejémonos de introducciones vamos a ver hizo el experimento por primera vez y cómo lo hizo el experimento

lo hizo por primera vez Thomas young un personaje muy particular y muy interesante era médico de formación y de profesión porque ejerció como médico durante durante varios años era un egiptólogo muy reputado de hecho hizo contribuciones muy importantes a descifrar el lenguaje jeroglífico a descifrar la piedra Rosetta y para sacarse un sobre sueldo pues escribió multitud de artículos sobre los temas más variopintos que os podéis imaginar para la enciclopedia británica tanto es así que la mejor la mejor biografía de Thomas se titula la última persona que lo sabía todo Bueno pues esta persona lo que

hizo fue en algún momento entre 1801 y 1803 porque no sabemos la fecha exacta lo que sabemos es que lo mencionó por primera vez en una charla que impartió en la Real Sociedad de Londres en 1803 pues contó lo siguiente dijo que usando la luz del sol que entraba en su casa en una habitación de su casa a través de un agujero en una en una persiana había puesto delante una cartulina con una una rendija un agujero alargado y había convertido esa rendija en dos en una doble rendija Por el simple procedimiento de ponerle delante

cruzado Cruzada otra cartulina y a continuación se había ido a la pared de enfrente a ver qué es lo que se proyectaba ingenuamente podíamos pensar que lo que se proyectaba sería una mancha una mancha de luz o en todo caso como estamos hablando de dos rendijas dos manchas de luz Bueno pues en lugar de eso lo que vio Tomás young fue toda una serie de franjas paralelas franjas verticales suponiendo que las rendijas fuesen verticales franjas verticales paralelas y además con los bordes coloreados la transcripción de la charla no contiene ninguna figura pero en un libro

que publicó Thomas ya unos años más tarde sí que aparece una figura que es la que la que está aquí reproducida en esta figura Y si el experimento se hace hoy en día con mejores medios con una luz mucho más potente pues lo que se ve es lo que aparece en esta transparencia dependiendo de que se haga con luz blanca o se haga con luz coloreada fijaos que dependiendo del color las franjas aparecen más o menos separadas eso es lo que hace que cuando se hace con luz blanca que contiene todos los colores las franjas

aparezcan coloreadas en los bordes Porque si os fijáis en este borde de aquí se corresponde con la con el rojo que es el que se corresponde con mayor espaciado distancia entre las franjas en el centro coinciden todos los colores por eso se ve blanco o amarillento Y en este extremo de aquí lo que se ve es el color azulado de acuerdo O sea que esto es lo que se vería yo en el salón de actos Ayer hice una pequeña demostración con una doble rendija casera Hay muchas formas seguramente de hacer una doble rendija casera pero

a mí la forma que mejor me ha funcionado no soy especialmente mañoso es utilizar dos dos cuchillas de afeitar lo mejor alineadas y más cercanas posibles posible poner una aguja una aguja de coser normal y corriente en el medio unirlo todo ello con cinta cinta adhesiva o cinta americana para para asegurarlo Bueno pues con esto hice una pequeña demostración como os digo Aquí lo único que os voy a poner son las fotos tampoco creáis que creáis que os perdéis tanto esto de aquí Blanco Es simplemente pues un soporte de porexpán o similar para para sujetar

la doble rendija casera y el puntero láser y lo que se veía proyectado sobre la pizarra del salón de actos pues es esto que veis aquí de acuerdo si en lugar de utilizar una doble rendija hecha por mí mismo Pues utilizo una cosa comercial comercial pero muy barata esto de aquí pues pues me costó creo recordar online unos 10 euros Y es más que una doble rendija es una red de difracción es una un soporte transparente en el que hay grabadas de alguna manera muchas líneas verticales muchas líneas paralelas tantas como como 100 líneas por

milímetro O sea que hay como unas 100 rendijas por milímetro y lo que se ve bastante más claro que con la con la rendija hecha por mí pues es esto de aquí otra versión de lo mismo Bueno pues esto Supongo que se aprecia bien en la fotografía son unas gafas unas gafas que se venden en internet para para fiestas para fiestas de niños prácticamente también estas Te puedes comprar un paquete con cinco con diez también pues por del orden de 10 euros y estas son también una red de difracción pero en este caso con con

líneas cruzadas tanto verticales como líneas horizontales y el resultado es este de aquí de acuerdo Bueno ayer Cuando hice esto en el salón de actos no no hay gritos de admiración ni gritos de sorpresa lo cual me da a entender que a los asistentes los asistentes estaban de acuerdo conmigo y esto pues vistosidad y espectacularidad pues pues poca bastante justito también estaréis de acuerdo conmigo en que es simple simple Describir el experimento porque otra cosa Y a eso vamos a continuación es entender lo que pasa pero simple de describir sí que es qué ocurre con

la última parte qué ocurre con la parte de la qué es lo que hay de profundo aquí qué es lo que hay de transformador Bueno pues lo primero y vamos a hablar de más cosas claro pero lo primero es que esto que vieron ayer los que asistieron o que estáis viendo en la fotografía implica que la luz es una onda esa es la implicación Por qué pues para explicarlo me voy a basar voy a tomar prestadas unas figuras de feinmann y la inspiración para la explicación también entonces fijaos primero imaginad que hacemos el experimento de

las dos rendijas con partículas macroscópicas de las que podemos tocar de las que podemos ver o sea lo hacemos con balas de forma que tenemos algo una pistola algo que dispara balas que tenemos a continuación una pared algo suficientemente sólido con un par de aberturas y lo que tenemos aquí es algo que detiene las balas de hecho algo que las balas se quedan incrustadas de forma que podemos contar las balas que han llegado que se han quedado incrustadas en cada posición Y si hacemos el experimento primero con una sola rendija la otra tapada veríamos que

pues con bastante lógica el número el número más alto de balas se queda incrustado justo enfrente de la de la rendija que está abierta Y a partir de ahí va según nos alejamos va disminuyendo lo mismo sucedería si hacemos el experimento con la otra rendija abierta pero solo con la otra rendija abierta ahora supongamos que lo hacemos con las dos rendijas abiertas pues entonces se suman esta curva y esta una suma sencilla si si las dos rendijas están suficientemente cercanas aquí en el medio al sumar las dos tenemos el máximo y según nos vamos alejando

pues un mínimo nos vamos hacia hacia el mínimo bien Qué pasa si hacemos el experimento con ondas pero con ondas también macroscópicas de las que podemos tocar por ejemplo con ondas en una superficie de agua necesitamos una superficie de agua algo que golpee rítmicamente esa superficie para producir ondas para producir olas si queréis una barrera con dos aberturas de esta Barrera Lo que sucede es que vuelven vuelve a funcionar como una fuente de olas de nuevo ahora tendríamos dos fuentes de olas aquí necesitamos lo primero algo para medir la intensidad o la amplitud con la

que llegan las olas podríamos utilizar simplemente un corcho un corcho flotante de forma que Cuanto más suba y baje el corcho pues más más amplitud tiene la onda cuanto menos suba y baje pues más más débil o menos amplia menos intensa es la onda al llegar ahí y necesitamos también algo que absorba o que amortigua las ondas porque si no se reflejarían y Sería mucho más complicado analizar lo que sucede simplemente una playa una playa de arena algo una una rampa que sube sube con poca pendiente nos bastaría si hacemos esto y lo hacemos primero

con solo una rendija abierta lo que obtenemos es prácticamente lo mismo que teníamos arriba donde más oscila el corcho es justo enfrente de la rendija la única rendija que tenemos abierta y según nos alejamos pues disminuye la amplitud de la ola lo mismo si lo hacemos con la otra rendija abierta lo curioso viene cuando lo hacemos con las dos rendijas abiertas porque aquí en lugar de sumarse simplemente las las ondas tienen una característica muy particular que es que tienen fase en los puntos en los que las dos ondas o las dos olas llegan En fase

cresta con cresta se suman vale se refuerzan si queréis y aparecen los máximos pero en los puntos en los que las ondas llegan en oposición de fase es decir que cuando llega un cresta de una de las olas llega un valle de la otra se cancelan eso es lo que sucede en estos puntos que estoy señalando y y ahí tenemos mínimos bien pues esto es Estos son las franjas de interferencia que vio Jam Por tanto la conclusión como lo que vemos con con la luz se parece se parece a lo que vemos aquí con la

con las con las olas con las ondas en el agua y no a lo que vemos con las balas la conclusión Es que la luz se comporta como una onda aquí me podríais decir bueno Y esto no lo sabíamos ya de verdad hace falta este experimento para para poder afirmar que la luz es una onda Bueno hoy en día seguramente sí que lo sabemos todos pero en tiempos de young no estaba tan claro De hecho los físicos se habían pasado un siglo todo el siglo XVIII discutiendo y discutiendo entre dos teorías además la teoría corpuscular

literada nada menos que por Newton y Newton opinaba que un rayo de luz es un chorro de partículas y enfrente de esa teoría teníamos la teoría de higen que opinaba que la luz es una onda y como digo Se pasaron discutiendo todo esto y además de una forma bastante encarnizada para lo que suelen ser las discusiones en física Se pasaron un siglo entero discutiéndolo el experimento de young contribuyó mucho fue decisivo a la hora de inclinar la balanza a favor de la teoría ondulatoria de forma que durante el siglo XVIII transcurre todo el siglo prácticamente

discutiendo valorando la teoría ondulatoria y la teoría corpuscular durante el siglo XIX a principios del siglo XIX tenemos el experimento de la doble rendija de young Y a partir de ahí no es que todo el mundo se convenciese inmediatamente lógicamente pero se fue extendiendo la idea poco a poco a poco y el golpe de Gracia lo dio Maxwell con su sus leyes sus leyes del electromagnetismo porque a partir de ese momento ya no solamente sabemos que la luz es una onda sino que incluso sabemos Qué tipo de onda es es una onda electromagnética y de

las leyes de Maxwell se deduce por ejemplo entre otras muchas cosas la velocidad de la de la radiación electromagnética la velocidad de la luz que además coincide con la experimental de forma que a finales del siglo XIX nadie dudaba de que la luz fuese una onda Y entonces llega el siglo XX y con el siglo XX la revolución cuántica Y entonces resulta que planck a principios de siglo y para explicar la radiación del cuerpo negro y Einstein muy poquito más tarde para explicar el efecto fotoeléctrico dicen que la luz al menos cuando interactúa con la

materia se comporta como si estuviese compuesta de paquetes de energía una especie de unidades indivisibles de energía que es lo que más tarde pero se tardó casi 20 años en ponerle el nombre con el que lo conocemos ahora pues Pues es lo que hoy conocemos como fotones que suena todo el mundo asocia fotón a partícula bien uno de los que más se peleó y más se esforzó por por intentar entender cómo es posible que la luz sea a la vez una onda y sin embargo este compuesta por lo que él llamaba unidades indivisibles lo que

hoy llamamos fotones fue Thomson Thompson se imaginaba la luz en el modelo que él se construyó se imaginaba la luz como una onda con sus frentes de onda Pero lo que él decía es que en lugar de tener la energía uniformemente repartida sobre cada frente de onda lo que había en el frente de ondas se imaginaba el frente de onda lleno cuajado de de fotones vamos a llamarle ya fotones Cuanto más intensa la onda más fotones en cada frente de onda cuanto menos intensa más débil menos fotones y él se hizo el siguiente razonamiento qué

ocurriría Si en el experimento de la doble rendija voy disminuyendo poco a poco la intensidad de la luz hasta que queda un solo fotón en cada frente onda O al menos en los alrededores de las dos rendijas Bueno pues ese único fotón tendrá que pasar por una rendija o por la otra pero no puede pasar por las dos pensaba Thompson y no tendrá Con qué interferir con lo cual él se imaginaba que la visibilidad de las franjas de interferencia iba a ir disminuyendo gradualmente conforme disminuya la intensidad de la luz Qué hizo Thompson pues pues

quería hacer el experimento hizo lo que cualquier científico que se precie que es Buscar un becario que le que le haga el experimento que le ayude a hacer el experimento En aquel momento en 1909 Thomson ya era Premio Nobel O sea que se lo podía permitir y encontró un estudiante Taylor al que le encargó como hoy diríamos trabajo de fin de grado hacer este experimento Taylor la historia dice que en el cobertizo en casa de sus padres en un cobertizo bajo la dirección de Thompson montó el siguiente experimento una llama alimentada por por gas luego

iba poniendo conforme quería disminuir la intensidad de la luz y va poniendo poco a poco más filtros más en el fondo cristales ennegrecidos cristales ahumados de acuerdo a continuación una rendija una aguja de forma que en realidad empleó un procedimiento muy parecido al que he empleado yo al que empleé yo ayer para hacer mi demostración Y en el otro extremo o bastante alejado pues ponía una placa fotográfica en los cálculos que hizo Thomson le salía que cuando cuando iba a poner tantos filtros tantos cristales ennegrecidos que por aquí estaba pasando un fotón cada segundo bueno

él decía insisto una por aquel entonces una unidad indivisible de luz por cada segundo tenía que dejar la placa fotográfica durante nada menos que tres meses el tiempo de exposición tenía que ser tres meses para que se viese algo Este es el aspecto una fotografía original del aspecto que tenía exteriormente el dispositivo de Taylor y Thomson claro todo esto que os he contado Tenía que estar muy bien recubierto para que no no entrasen absoluto luz del exterior la única luz que hubiese ahí dentro fuese la de la llama de gas bien como anécdota conté ayer

que Taylor cuando este experimento se hizo famoso que tardó unos años porque inicialmente lo publicaron el resultado del experimento fue justamente lo contrario que esperaba Thompson y lo publicaron como como la comunicación de un experimento con resultados negativos ocupa sólo una página pero más tarde el experimento sí que se hizo famoso y Taylor les contaba a sus colegas que una de las principales razones que tuvo para aceptar encantado este trabajo de fin de grado fue que le iba a dejar mucho tiempo libre claro tres meses desde que puso desde que puso la programa y un

montón de cristales ennegrecidos hasta que hasta que volvió para retirar la placa la placa fotográfica pues tres meses esperando y a Taylor le encantaba Navegar sus padres se habían hecho con un barquito y quería probarlo quería disfrutar del barco no sé si la anécdota es tal como la contaba Taylor a sus colegas años más tarde pero lo que sí que hay constancia fotográfica es de que a Taylor le encantó Navegar durante toda su vida porque aquí lo tenéis años más tarde lógicamente navegando felizmente con su mujer por las Islas los Forte muy bien bastantes años

más tarde con mucho mejor muchos mejores medios el experimento de las dos rendijas se ha hecho de verdad fotón a fotón de acuerdo y cuando se habla del experimento de las dos rendijas hecho fotón a fotón se habla muchas veces del experimento de aspecto y colaboradores a la en aspect que por cierto le han concedido el premio Nobel este año en el año 2022 y se lo han concedido No justamente por esto solamente por este experimento sino por toda una serie de experimentos que ha realizado a lo largo de su vida la mayor parte de

ellos con fotones y la mayor parte de ellos para eh Investigar sobre los misterios o los fundamentos de la mecánica cuántica pero en realidad no se suele citar tan a menudo un experimento que hizo una compañía japonesa un fabricante japonés hamamatsu en 1982 ellos el experimento lo hicieron más bien con fines Bueno pues para ver un fotodetector que acababan de desarrollar muy sensible una especie de cámara de televisión capaz de detectar fotones individuales pues lo hicieron para para comprobar Cómo de Bueno ese era ese fotodetector lo publicaron solamente en japonés y encima en una revista

más bien de ingeniería que de ciencia razón por la cual no es tan conocido sin embargo el vídeo que grabaron está disponible en internet y os lo voy a poner a continuación y yo creo que esto es lo más espectacular que enseñé ayer más espectacular en realidad que la pequeña demostración que yo hice porque aquí lo que estáis viendo cada uno de estos puntos individuales cada uno de estos impactos se corresponde con un fotón cada vez que veis aparecer un punto en la pantalla es un fotón chocando contra la pantalla contra el fotodetector de jamamatsu

hay saltos en el vídeo porque porque el registro completo duró una hora y veis que al principio parece aleatorio los los impactos Pero según pasa el tiempo se van agrupando aquí ya se empieza a adivinar el patrón de interferencia y si lo dejamos más tiempo ahora van a la imagen y nos van a dejar ver en el vídeo la imagen final que se formó después de una hora insisto y esto ya es un patrón de interferencia con todas las de la ley aquí veis las franjas de interferencia Bueno pues esto Esto está hecho fotón a

fotón en el año 1982 bien Bueno vamos vamos a pasar a Perdón vamos a pasar a la siguiente si puedo vamos a pasar a la siguiente transparencia de acuerdo pues lo siguiente que se que se les ocurrió a los científicos fue Bueno si resulta que la luz se comporta a veces como como ondas y a veces se comporta como si estuviese compuesta por partículas no podrían las partículas las partículas elementales no las balas desde luego pero las partículas elementales crean interferencias como si fuesen ondas por ejemplo los electrones el problema aquí es que hacer una

doble rendija del tamaño adecuado para hacer el experimento con electrones es muy difícil no imposible pero muy difícil no en 1920 no se podía hacer Y entonces lo que se recurrió es a los cristales un cristal os acordáis de la red de difracción con la que hice mi demostración que os decía que eran líneas líneas verticales paralelas un cristal la característica principal que tiene un cristal es que tiene los átomos o los iones o las moléculas que Lo componen alineadas formando una red formando formando una red de difracción realmente entonces haciendo pasar electrones a través

de un cristal podemos ver si se difractan o no este experimento lo hicieron por primera vez y de forma independiente de visión y Thomson y a los dos les dieron el premio Nobel por por este experimento este Thomson es hijo del Thompson recordáis el que le encargó a un becario hacer el experimento de la doble rendija con luz débil pero con luz pues su hijo hizo el experimento con electrones y los dos son Premio Nobel el padre y el hijo se suele decir que el padre recibió el premio Nobel por demostrar que los electrones son

partículas y el hijo por demostrar que son ondas y aquí me podríais decir pero bueno qué qué ocurre nos estamos volviendo locos o están locos los de la academia de ciencias sueca que concede en el premio Nobel pues no lo que sucede es lo que llamamos dualidad onda corpúsculo Qué significa que tanto los electrones como los fotones no son ni ondas ni partículas en ocasiones se comportan como ondas en ocasiones se comportan como partículas depende del experimento que hagamos con ellos de acuerdo bien os decía que hacer rendijas del tamaño apropiado para hacer de verdad

el experimento con electrones y con rendijas manufacturadas hechas a propósito para el experimento pues es muy difícil de hecho en sus clases en 1962 feyman decía que esto era simplemente un experimento mental curiosamente un año antes unos meses antes de que feyman dijese esto un tal Johnson en Alemania había hecho el experimento feinman no se había enterado todavía porque porque el experimento tardó en conocerse en hacerse popular se publicó primero en alemán y y Bueno luego se consideró el experimento tan importante de hecho este es el experimento que el que quedó en primer puesto en

la clasificación no el más el más bonito de la física pues años más tarde se tradujo al inglés y se publicó en una revista muy muy prestigiosa para temas sobre todo para temas de divulgación y de enseñanza fijaos que que foto más más bonita está hecha con con interferencia de electrones ahí en el artículo de acuerdo Bueno pues este es el experimento de Johnson años más tarde se hizo también el experimento de las dos rendijas lanzando los electrones de uno en uno igual que se hizo con con fotones y hay vídeos también de esto eh

os pongo algún enlace por aquí lo que ocurre es que no me voy a molestar en reproduciros este vídeo si alguien tiene curiosidad que lo que lo vea porque lo que se ve es lo mismo que veíamos antes con fotones lo único que os tenéis que imaginar o tenéis que saber que cada vez que veis un impacto nuevo en la pantalla ese impacto ahora no corresponde Con el impacto de un fotón sino con el impacto de un electrón pero la cosa es la misma inicialmente son más o menos aleatorios y según se van acumulando impactos

pues se van revelando van apareciendo las franjas de interferencia bien Vamos a recapitular Qué tiene de misterioso todo esto porque yo al principio hablaba de misterio Bueno vamos a ver la cuestión es estoy disparando O al menos yo puedo hacer el experimento disparando los fotones o los electrones de uno en uno y entonces yo veo como veíais en el vídeo impactos individuales en la en la pantalla y eso parece apuntar a que de verdad Ahí está chocando una partícula pero sin embargo resulta que esos impactos acaban formando un patrón de interferencia y un patrón de

interferencia cuyas características depende de que de verdad haya dos rendijas y de verdad las dos rendijas estén abiertas de forma que si si nos imaginamos que el fotón o el electrón pasan por una sola de las rendijas de alguna manera tienen que detectar tienen que saber si la otra rendija está abierta o cerrada A qué distancia está qué tamaño tiene Bueno entonces Esta es la parte Misteriosa si queréis una analogía bastante divertida imaginaos que imaginaos que esquiando en la montaña veis unas huellas como estas que hacen pensar que cada esquí ha pasado por un lado

del árbol pero sin embargo cuando veis al esquiador al otro lado del árbol está entero no se ha partido por la mitad sigue de una de una pieza no no le ha pasado nada bueno pues esto es sería realmente misterioso no esta viñeta que me encanta la publicó un tal Charles Adams en 1940 este chal sadams Este viñetista es el autor de la familia Adams de acuerdo por curiosidad lo comento también lo de las dos rendijas es tan misterioso o tan sorprendente como si fueseis por una carretera conduciendo y os encontráséis una señal de tráfico

que en lugar de deciros si tú en el carril de la derecha o si tú ese en el carril de las de la izquierda os dice si tú ese en los dos carriles a la vez Cómo puedo hacer eso no no puedo bueno esta señal imaginaria de tráfico en algunas facultades de física les ha parecido tan tan divertida y tan bonita que hacen camisetas la imprimen en camisetas para venderlas y sacarse algún dinerillo esto apunta en la dirección que yo que yo os decía al principio el concepto de bonito para un físico no tiene por

qué coincidir con el concepto de bonito para el resto del mundo no sé si a todo el mundo le gustaría ponerse esta camiseta abundando en la misma idea esto es la portada de un libro de física un libro de mecánica cuántica Perdón no muy conocido pero pero bastante bueno para sobre todo para hablar de fundamentos para hablar de todo esto que las secciones que habla de todo esto que os estoy contando bien una cosa que se os podría ocurrir y que se le ha ocurrido a la gente claro es y qué pasa si yo intento

espiarme pongo no me pongo pongo algo aquí cerca de las dos rendijas intento averiguar intento espiar Por qué rendija está pasando el electrón o está pasando el fotón Bueno pues esto se ha intentado o se ha hecho y una hay muchas muchos intentos o muchas ideas sobre cómo hacerlo por ejemplo si el experimento se hace esta idea se debe a heisenberg y al propio feyman si esto se hace con electrones Yo podría poner aquí una fuente de luz y como los electrones interactúan dispersan la luz yo me podría situar por aquí si veo un Destello

de luz cuando pasa un electrón cerca de esta rendija Pues el electrón está pasando por aquí si el Destello lo veo cerca de la otra rendija está pasando por la otra rendija qué es lo que que en cuanto hago esto desaparece el patrón de interferencia lo que veo es una mancha y no franjas de difracción Y por qué bueno pues porque la forma más simple de decirlo es porque la luz que he puesto para observar desvía al electrón Alguien podría pensar Bueno pero yo a lo mejor puedo ir haciendo la luz lo más débil posible

para que para que desvíe poco al electrón y así interfiera poco bueno el problema es que hay un límite a eso porque como mínimo os acordáis unidades indivisibles de luz como mínimo tengo que emitir un fotón y para que de verdad me permita saber esa observación me permita discriminar entre las dos rendijas hay un límite a la energía mínima que puede tener ese fotón Y esa energía mínima que tiene ese fotón es suficiente para desdibujar completamente para eliminar las franjas de interferencia de acuerdo hay otras ideas por ejemplo esta de la figura de abajo esta

de aquí se debe nada menos tiene interés histórico porque proviene de las discusiones entre Einstein y Bohr al principio de la mecánica cuántica cuando se cuenta que Einstein ponía alguna pega durante un congreso en este imponía alguna pega bor se iba a la cama muy preocupado no dormía en toda la noche y a la mañana siguiente le rebatía el argumento a Einstein Bueno pues aquí Einstein se le ocurrió lo siguiente qué ocurriría si ponemos la Barrera esta con las dos rendijas la montamos de forma que sea sea móvil le ponemos aquí una ruedecitas o ponemos

algo que permite deslizarse a esta esta barrera Y entonces el impulso de los de los electrones al pasar va por una rendija o por otra si pasan por esto por esta impulsarán la Barrera hacia arriba si pasan por esta otra la impulsarán hacia abajo El caso es que si yo analizo el movimiento de la Barrera podré saber si el electrón está pasando por una rendija o por otra Bueno pues borg se fue a la cama muy preocupado intentando analizar esto y al día siguiente le dijo a Einstein Bueno pues no no es posible porque si

haces esto inmediatamente va a desaparecer se va a desdibujar el patrón de interferencias Y por qué Porque si si las dos rendijas se mueven hacia arriba y hacia abajo el patrón de interferencia también se mueve hacia arriba y hacia abajo y como cada electrón unos electrones mueven la Barrera hacia arriba el patrón de interferencias hacia arriba y otros hacia abajo esto se va a desdibujar Completamente de acuerdo bueno la explicación de Por qué no hay patrón de interferencia en estos dos experimentos se basa en lo que se llama se conoce como principio de indeterminación de

heisenberg y aquí abajo he puesto una advertencia no se aplica a todos los casos esta explicación porque veremos más adelante y ahí entran los que os decía los primos del experimento original los primos cercanos más modernos del experimento original de las dos rendijas en los que se han ideado mecanismos para poder averiguar por qué rendija pasa el fotomol electrón sin desviarlo sin afectar a su trayectoria Pero de eso hablaré un poquitín más tarde bien Esto que os acabo de contar a la dualidad onda corpúsculo le añade una característica le añade que llamamos principio de complementariedad

no solamente es que el electrón y el fotón se puedan comportar como ondas o como partículas es que son comportamientos complementarios o se da el uno o se da el otro pero nunca se dan los dos simultáneamente en el mismo experimento si si averiguo Por qué rendija está pasando no hay patrón de interferencia si hay patrón de interferencia no no soy capaz de averiguar por qué rendija han pasado si ve ondas no veo partículas si veo partículas no veo ondas este principio de complementariedad lo enunció Borges borg y era él le tenía mucho cariño lo

consideraba uno de sus de sus logros o quizás el logro intelectual más importante de toda su carrera tanto es así que cuando él era danés y cuando los reyes de Dinamarca le concedieron el máximo galardón que pueden conceder que lo llaman la orden del elefante no me preguntéis Por qué no no sé por qué pero lo llaman así orden del elefante esta orden de elefante una de las uno de los honores que lleva asociado es colgar el escudo de armas de la familia en un lugar de honor en un determinado Palacio danés nilsburg no era

de una familia noble y no tenía escudo de armas y dijo no hay ningún problema yo me lo diseño y en su escudo de armas que es el que he reproducido aquí en el medio puso el símbolo del yin y el yang que como algunos sabréis proviene del taoísmo y se usa o representa precisamente la idea de los Opuestos y los complementarios y aquí en latín escribió los contrarios son complementarios Parece ser que una de las frases que más le gustaba repetir abor decía algo así como lo que cito aquí hay dos clases de Verdades

las verdades profundas la reconocemos por el hecho de que su opuesto también es una verdad y una verdad profunda y sin embargo las trivialidades lo que no merece las verdades que no merece la pena que no que no son importantes las reconocemos porque su opuesto es obviamente absurdo de acuerdo bueno bien hace un momento os he dicho que más adelante a la gente se le ocurrieron métodos para para averiguar por qué rendija pasa un fotón o un electrón sin necesidad de alterar su trayectoria uno de los primeros experimentos de este tipo lo propuso John wheeler

un físico muy creativo muy imaginativo que propuso lo siguiente dijo bueno en lugar de intentar espiar que ocurre aquí al lado de la rendija vamos a dejar que los fotones vamos a imaginar que estamos lanzando los fotones uno a uno y yo dejo a cada fotón alejarse de las rendijas además alejarse mucho imaginar por un momento que no tenemos puesta la pantalla de acuerdo y ponemos un par de telescopios bastante alejados uno de ellos enfocado a esta rendija y el otro enfocado a la otra rendija Bueno pues si observamos con los telescopios y cuando pasa

botón vemos un Destello aquí eso quiere decir que ha pasado por esta rendija si el Destello lo vemos aquí quiere decir que ha pasado por esta otra rendija claro el problema que tiene esto es que tengo que apartar la pantalla Bueno pues wheeler dijo Bueno pero yo lo que puedo hacer es montar la pantalla sobre un sistema vasculante de forma que yo pueda retirar la pantalla y dejar pasar el fotón hacia los telescopios o poner girar poner la pantalla en su lugar y dejar que el fotón impacte contra la pantalla que esto lo puede hacer

a voluntad no solamente a voluntad sino de aquí el nombre elección retardada que lo pueda hacer cuando los fotones ya han pasado cuando los fotones han pasado por la por las rendijas lo puedo hacer en el último instante antes de que de que choquen esto crea un problema nos crea un problema si nos empeñamos en imaginar nos empeñamos en suponer o en afirmar que los fotones tienen que decidir cuando llegan aquí si pasan por una sola rendija porque se van a comportar como una partícula porque van a ir a parar a un telescopio o por

el contrario se comportan como una onda y pasan por las dos rendijas porque claro eso significaría Si yo la decisión no la tomo hasta el último momento hasta que ya han pasado por las rendijas eso significaría que los fotones tienen que saber con antelación por anticipado lo que el experimentador va a decidir hacer en cada con cada fotón o si queréis dicho al revés lo que decide hacer el experimentador está influyendo de alguna manera influye en lo que hacen los fotones pero lo que hacen los fotones antes de que él tome la decisión vale John

willer que además de ser muy creativo tenía un verdadero Don para resumir las cosas con frases muy concisas frases auténticamente lapidarias verdaderos eslogans no algunos de ellos se han quedado como eslogans de la de la física Pues en este artículo que cito en el que él proponía este experimento pues decía dos frases que han quedado para la posteridad ningún fenómeno es un fenómeno hasta que no se lo observa y el pasado no existe excepto como lo registramos en el presente os aseguro que esto leído en contexto leído como parte del artículo pues pues tiene sentido

o por lo menos uno lo ve como una forma un poco provocativa de resumir cosas de hacer que uno se quede con la idea fácilmente John wheeler era bastante provocativo a veces con sus le gustaba provocar con sus ideas bien el Cuando esto se saca de contexto porque fijaos hoy en día quizás vosotros me estéis viendo por YouTube pero hoy en día con la cantidad de youtubers que hay intentando conseguir clics a toda Costa los titulares y no me los estoy inventando no tenéis más que hacer una búsqueda hay titulares que a mí me ponen

la piel de gallina no cosas como la física afirma que el pasado no existe o la mecánica cuántica demuestra que la consciencia del observador influye en lo que ha sucedido en el pasado Bueno pues esto yo no no hay ninguna necesidad de hablar así ni de creerse eso hay unas formas hay una forma mucho más cuidadosa mucho más ortodoxa mucho más cauta de hablar y esa forma más cuidadosa de hablar es decir que mientras no choca contra contra la pantalla o mientras no choca contra el detector que tengamos en el en el visor del telescopio

el fotón o el electrón no son ni ondas ni partículas son lo que mecánica cuántica se llama un estado una función de ondas una cosa muy abstracta una entidad matemática si queréis pero una entidad matemática muy bien definida que por una regla es matemáticas perfectamente definidas en mecánica cuántica nos permite calcular las probabilidades de cualquier cosa que vayamos a de que suceda de que salga cualquier resultado en cualquier medida que vayamos a hacer por ejemplo nos permite calcular la probabilidad de que el fotón impacte en cualquiera de los puntos de la pantalla o la probabilidad

de que vaya a parar a uno de los de los detectores o al otro detector para quien quien esto no esta terminología no no le resulte desconocida en el fondo lo que ocurre es que cuando ponemos la pantalla estamos haciendo una medida de posición En qué posición impacta el fotón o el electrón cuando ponemos los telescopios estamos haciendo una medida Pues fijaos estamos haciendo una medida de dirección de velocidad de lo que llamamos momento y la posición y el momento son los ejemplos típicos de dos cosas que no pueden medirse simultáneamente al menos no pueden

medirse simultáneamente con total precisión o sea es el ejemplo típico de cosas complementarias medidas complementarias en el sentido de la complementariedad de devor de acuerdo Bueno mucho cuidado ya os decía que hay presentaciones excesivamente tremendamente sensacionalistas sobre el experimento de del delay Choice o del retardo la elección retardada en mecánica cuántica fijaos estas dos figuras No las he hecho yo estas dos figuras está una de ellas tomada de una presentación de internet la otra tomada Lamentablemente de una de una publicación científica de una de una revista estas figuras Son son muy confusas Porque si uno

dibuja los telescopios tan pequeñitos como este que hay aquí de acuerdo con tan poca abertura estos telescopios se les están escapando la mayor parte de los fotones Solamente detectarían los que los que de otra forma hubiesen impactado Aquí estos telescopios no están midiendo momento están midiendo posición si os intentan hacer creer en la explicación que los fotones que de otra forma hubiesen impactado aquí que además es la posición del máximo de acuerdo la mayoría de los fotones que hubiesen impactado aquí por el hecho de levantar por el hecho de retirar la pantalla van a pegar

un Salto y van a concentrarse milagrosamente en uno de los dos telescopios Pues claro os están engañando se están llamando a error no a partir de ahí pues puedo puedo intentar sacar todas las conclusiones que quiera y son falsas no a partir de aquí no puedo esto no me permite afirmar el futuro perdón el pasado no existe la consciencia del observador en fin yo no es que quiera descalificar absolutamente cualquier artículo cualquier persona que dice que habla de retrocausalidad o que habla de influencia del observador sobre el observado simplemente os animo a que tengáis mucho

cuidado con con eso eh que lo leáis que lo leáis en contexto que lo veáis con mucho cuidado sobre esto de las presentaciones demasiado sensacionalistas hay un par de citas que me gustan mucho una es de Stephen Hawking muy conocido también y él Aquí está hablando sobre no sobre el experimento de las dos rendijas pero se le puede aplicar está hablando sobre el gato de redinger que algunos os sonará es un gato que pues por circunstancias de la vida más bien de la mecánica cuántica acaba estando en un estado que no es ni vivo ni

muerto sino una superposición de las dos cosas pues Hawking decía cuando oigo hablar del gato de redinger me dan ganas de ir a por una pistola no queda muy claro si si la pistola era para para matar de una vez por todas al gato o para amenazar al que le hablaba del gato de redinger y decirle ten cuidado con lo que dices no no vayas a decir tonterías no pero para una de las dos cosas seguro que seguro que quería la pistola y una cita bastante más seria esta de un talkbank camping él hablaba de

lo que de lo que él llama oscurantismo posmoderno y decía que bueno en esencia que cuando alguien explica algo de forma oscura y es porque porque no sabe o no puede hacerlo mejor pues mala suerte pero cuando alguien se expresa de forma oscura a propósito porque prefiere pues prefiere hacer las cosas más llamativas más espectaculares que vendan más el titular pues entonces es un auténtico oscurantista que es lo que lo que tenemos que intentar evitar no ser oscurantistas bueno pues el último experimento que me queda por explicar intentando no ser oscurantista o no ni siquiera

ser oscuro es el experimento del borrador cuántico el Quantum erazer bien en este experimento se hace lo siguiente [Música] también se hace lo que se hace es intentar averiguar de qué rendija procede un fotón sin afectar a su trayectoria y aquí lo que sé de lo que se saca partido es de una propiedad muy curiosa de algunos cristales no lineales que es que incide un fotón y salen dos no os preocupéis no hay problema con la conservación de la energía ni nada porque el fotón que incide pues pues tiene que ser mucho más intenso mucho

más energético que los dos fotones que salen de acuerdo si este cristal no lineal se pone detrás de una doble rendija de forma que los fotones incidentes pueden pasar por una u otra de las rendijas El par de fotones también se puede producir en una u otra rendija bien lo primero muy importante y que casi nunca mencionan las presentaciones que intentan ser sensacionalistas de esto es que si uno hace esto de acuerdo no hay patrón de interferencia lo que se registra aquí cuando se tienen en cuenta todos los impactos de todos los fotones que llegan

a la pantalla lo que se registra es esto y no hay patrón de interferencia Por qué eso no está bien explicado en casi ninguna presentación ni siquiera en las más serias en los artículos más serios sobre el tema yo tampoco tengo tiempo de extenderme demasiado pero la respuesta es Y si alguien leía esto que voy a decir que que se lo salte Simplemente que me crea que no hay patrón de interferencia no hay patrón de interferencia Porque si os acordáis para que haya interferencia tiene que haber tiene que haber una relación de fase bien definida

tiene que haber coherencia os acordáis lo de que a un determinado punto se superpongan En fase o se superponga lo que viene de una rendija y lo que viene de otra se superponga en oposición de fase Bueno pues entre lo que viene de esta rendija y lo que viene de esta en este caso no hay una relación de fase bien definida porque lo que está en todo caso bien definido es la relación de fase en la función de onda entre la función de onda El par de fotones que puede salir de aquí y el par

de o el par de fotones que puede salir de aquí pero pero no el de cada componente de Ese par por separado insisto si alguien esto último que he dicho leía simplemente que se quede con la idea de que si tenemos en cuenta todos los fotones que llegan aquí no hay interferencia bueno y con el otro fotón el otro miembro del par el que el que va en esta otra dirección qué hacemos pues una de las primeras cosas que podemos hacer es mandarlo con unos espejos a un par de detectores y poner aquí un circuito

electrónico que se llama contador de coincidencias y que nos permite detectar nos permite de alguna manera separar de los impactos que he detectado aquí que han quedado registrados en la pantalla separar los que se han producido en coincidencia con detectar el otro el otro el compañero del Part aquí o detectarlo aquí entonces Si miro las coincidencias que se producen en coincidencia con detectar aquí lo que me encuentro es la curva verde de acuerdo o sea lo que encuentro es una curva con el máximo enfrente de esta rendija mientras que si me quedo con los impactos

que se producen en coincidencia con detectar aquí lo que obtengo es la curva roja es decir una curva con un máximo enfrente de esta otra rendija hasta ahora no muy no muy sorprendente nada más misterioso si queréis que lo que lo que ya os había contado hasta ahora la parte interesante empieza ahora imaginaos que aquí tengo un par de espejos también que a voluntad del experimentador en lugar de dejar pasar los fotones hacia estos detectores los pueden desviar hacia acá y aquí donde se cruzan esos dos haces pongo un dispositivo que se llama Bean splitter

divisor de Haz y que lo que hace Bueno pues lo más sencillo de explicar posible es un espejo semirreflejante de forma que un 50% de las veces deja pasar el electrón y el otro 50% lo refleja este divisor de edad lo que hace es recombinarnos el Haz que viene de una rendija y el Haz que viene de la otra o el fotón que viene de la rendija y el fotón que viene de la otra tanto en una dirección como en la otra tanto para un detector como para el otro si hago esto y también me

fijo en las coincidencias separo los impactos que se producen en la pantalla en coincidencia con este detector lo que me encuentro es pues curiosamente una curva que contiene franjas de interferencia de acuerdo si separo las coincidencias con este detector lo que me aparece es la otra curva en este caso la azul que también representa franjas de interferencia ligeramente desplazadas Qué es lo que está sucediendo aquí este pin splitter es lo que llaman borrador cuántico Esto es lo que lo que le da nombre al experimento esto lo que hace es borrar la información como me recombina

los haces que vienen de una rendija y otra borra la información de que rendija de acuerdo y esto es como digo al borrar la información de qué rendija me vuelven a aparecer las interferencias esto ya va siendo más sorprendente para hacerlo más sorprendente todavía los autores de este experimento lo que dicen es bueno pero es que además yo alejé esta distancia esto estaba es que no podía dibujarlo más alejado porque no me cabría en la en la pantalla en la transparencia Pero esto estaba mucho más alejado de forma que los impactos aquí en la pantalla

se producía mucho antes que las detecciones en estos detectores eso no es un problema para buscar coincidencias porque yo aquí en la electrónica puedo Añadir un retardo de acuerdo eso no es no es problema pero lo que decían es de alguna manera o lo que dicen los que intentan interpretar esto de forma de forma sensacionalista lo que está decidiendo en cada para cada fotón o para cada par de fotones El experimentador si detectar en alguno de estos detectores o detectar en estos dos me está cambiando la forma en la que en la que el compañero

impacta sobre la pantalla porque en unos casos veo esto y en otros casos veo esto de aquí bueno Esto no es cierto No es cierto contado así si yo tengo en cuenta todos los impactos lo que me sale es esta curva donde no hay interferencias o dicho de otra manera los fotones que van hacia esta pantalla impactan como tengan que impactar es luego cuando yo utilizo la información que extraigo del otro fotón del compañero Vale y decido si extraigo información detectando aquí información de sobre qué rendija O extraigo información de fase mediante estos otros dos

detectores pues usando esta información que yo obtengo Esa información me permite discriminar Me permite separar me permite quedarme solamente con los impactos que forman alguno de estos patrones de acuerdo contado así no digo que no sea curioso esto ejemplifica este experimento ejemplifica muy bien la complementariedad O tengo información de que rendija O tengo información que me permite ver el patrón de interferencias pero no puedo tener las dos informaciones a la vez de acuerdo digo ejemplifica muy bien la complementariedad pero ya no es algo tan tan milagroso no no tenemos que hablar de retrocausalidad no tenemos

que hablar de consciencia del observador de hecho me gustaría ya y esto ya sí que es lo último para terminar poner un ejemplo una analogía no no pretendo que esto sea lo mismo pero sí es una analogía imaginaos que yo tiro un montón de monedas de euros sobre una mesa y las monedas caen al azar tal como aparecen aquí y ahora yo digo Quiero un círculo si si hay suficientes monedas no me debería costar mucho encontrar algunas que me formen un círculo no un círculo perfecto pero un círculo más o menos aproximado incluso puedo quitar

las otras monedas dejar solamente las que me forman un círculo aproximado y decir pues es verdad las monedas han caído formando un círculo ahora repito el experimento Este es el mismo patrón que tenía antes y digo Quiero un triángulo Y como me pasaba antes si yo he tirado suficientes monedas seguramente encontraré algunas que aunque sea aproximadamente me forman un triángulo quito las demás y digo Pues es verdad las monedas han caído formando un triángulo esto no me autoriza a decir que que lo que yo pienso a posteriori que quiero un círculo Quiero un triángulo me

está influyendo está influyendo en lo que pasa antes como como caen las monedas sobre la mesa en absoluto yo lo que lo que ocurre es que las monedas caen como tengan que caer vale las monedas caen al azar y luego soy yo el que me las apaño para seleccionar las que forman un círculo o las que forman un triángulo de acuerdo Entonces yo quería concluir esto estos titulares de aquí están tomados de verdad de presentaciones existentes por ahí en YouTube o en internet [Música] insisto yo no es que quiera descalificar completamente a la gente Pero

desconfiad al menos led con mucho cuidado quien quien diga que quien hable de retrocausalidad o hable de la consciencia del observador porque podría ser que os esté haciendo el truco de las monedas podría ser que os esté intentando convencer que lo que vosotros pensáis Quiero un círculo Quiero un triángulo determina Cómo caen las monedas y eso no es no es así muy bien pues hasta aquí mi presentación quien quiera quien quiera descargarse una copia en PDF lo puede hacer en el enlace en el enlace que aparece aquí en la transparencia y en principio Pues el

vídeo estará disponible en el canal de YouTube como os decía del instituto de estructura de la materia Muchas gracias por la por la atención