next up previous
Next: Max Karl Ernst Ludwig Up: Introducción a la Computación Previous: Introducción a la Computación

Introducción

Thomas Young, el cual no solo fue físico sino también Egiptólogo y responsable de haber descrifrado la piedra de Rosetta, se le acredita haber ideado, tal vez uno de los experimentos más importantes en la historia de la física: a inicios del siglo XIX Young logro demostrar que la luz es una onda. El experimento que devisó, llamado el experimento de dos ranuras, ha sido utilizado en otras áreas para demostrar la naturaleza de ondas de muchos otros fenómenos físicos, así que es instructivo repasar su confección.

En el experimento, una fuente de luz es ubicada en un cuarto oscuro, el cual se encuentra totalmente dividido por una pantalla. Del otro lado de la pantalla se encuentra una pared con un material fotosensible. La luz no puede atravesar la pantalla y afectar la pared, así que abrimos (con un cuchillo) una ranura delgada y vertical en la pantalla. Si observamos el patrón generado por la luz que atraviesa la ranura y marca la pared, podremos ver que el efecto es una gradación continua de claro a oscuro, con la mayor concentración de claro inmediatamente detrás del punto donde se ha efectuado la ranura en linea directa con la fuente de luz. Sin embargo, si efectuamos otra ranura paralela a la anterior en la pantalla, el patrón generado en la pared ahora es una secuencia de rayas verticales. El razonamiento detrás del experimento es que este tipo de patrón solo se puede explicar si consideramos que la luz se propaga mediante ondas y que son las ondas que pasan por cada una de las ranuras las que estan efectuando interferencia entre ellas.

Figure 1.1: Experimento de las 2 ranuras, el patrón de interferencia generado por la luz se puede explicar suponiendo que la luz se propaga mediante ondas
\begin{figure}\centerline{\psfig{figure=two-slit1.eps,height=1.5in,width=3in}}
\end{figure}

Si bien no existe nada extraño en decir que la luz está conformada por ondas, hoy sabemos que también esta conformada por partículas, y cuando Young efectuó su experimento ya existía evidencia que la luz se propaga mediante partículas. Más aún, lo extraño del caso es que si la fuente de luz se reduce lo suficiente como para que emita solo un fotón a la vez, y se expone el material fotosensible por suficiente tiempo, el patrón de interferencia sigue existiendo, y cabe la pregunta ¿con quién está interfiriendo el fotón? No queda más que concluir que el fotón está interfiriendo consigo mismo! Pero aquí no termina la paradoja. Puede ser que especulemos que el fotón, por alguna razón, está pasando por ambas ranuras al mismo tiempo, así que ubicamos un detector de fotones en ambas ranuras para saber por cuál ranura está pasando el fotón. Los resultados de este experimento indican que el fotón pasa por solo una ranura, pero también se produce una consecuencia extraña: el patrón de interferencia desaparece y la imagen en el material fotosensible es concordante con el modelo de luz transmitida mediante partículas. En otras palabras, el patrón de interferencia solo existe cuando no sabemos por cuál ranura pasó el fotón, o bien, cuando el fotón podría haber pasado por cualquier ranura. Una vez que sabemos que el fotón pasó por una ranura y por la otra no, el patrón de interferencia desaparece1.1.

Figure 1.2: El modelo planetario del átomo de Rutherford
\begin{figure}\centerline{\psfig{figure=atom_small.eps,height=1in,width=1in}}
\end{figure}

En este experimento encontramos gran cantidad de las paradojas planteadas por la física subatómica a la física clásica y que conllevaron al desarrollo de la mecánica cuántica: la dualidad onda-partícula, la interferencia no-local, y la imposibilidad de observar un estado subatómico sin interferir en él. Éstas paradojas requirieron más de un siglo para ser resueltas, y aún más, para que sus respuestas puedan ser digeridas por la comunidad científica en general.



Subsections
next up previous
Next: Max Karl Ernst Ludwig Up: Introducción a la Computación Previous: Introducción a la Computación
Jose Castro 2004-10-06