Animación 3D Abertura Doble

Copenhague de dos Cortes:

En la física de los objetos cotidianos, como la describen Newton y Maxwell, las ondas y las partículas son cosas completamente diferentes.

Las partículas siguen caminos, mientras que las ondas se dispersan y pueden interferir.

La mecánica cuántica nació cuando Louis de Broglie propuso (en su tesis doctoral) las partículas también tienen un aspecto ondulado que determina su comportamiento.

Hoy en día, en la mecánica cuántica estándar, el movimiento de una partícula se describe completamente calculando la evolución de su onda asociada según la ecuación de Schroedinger.

La intensidad, o brillo, de la onda cuántica en una región dada indica la posibilidad de encontrar una partícula dentro de esa región.

La probabilidad de ser encontrado en una región determinada es todo lo que la mecánica cuántica estándar o de Copenhague puede calcular.

Esta animación ilustra una onda cuántica que incide, desde la parte inferior izquierda, en dos rendijas o huecos en una pantalla que de otro modo sería impenetrable. Antes de que el rayo llegue a las rendijas, existe una probabilidad bastante constante de encontrar la partícula en cualquier punto del rayo.

A medida que la onda cuántica se mueve a través de las rendijas, se crean dos haces separados que comienzan a extenderse inmediatamente, aunque todavía muy cerca de las rendijas, esto sucede de manera suave.

Los haces de dispersión de cada rendija comienzan a superponerse pero, en lugar de que las intensidades de los rayos se sumen para producir un patrón de superposición suave, se forman una serie de bandas de interferencia brillantes y oscuras que divergen desde un punto entre las rendijas hacia la pantalla.

Estos patrones de interferencia son familiares desde hace mucho tiempo en la óptica de ondas. Pero aquí no se trata de un simple efecto de onda continua. Los puntos brillantes de luz que aparecen en la pantalla, uno a la vez, muestran dónde llegan las partículas cuánticas individuales.

Las partículas aparecen en la pantalla una a una, pero solo en aquellas regiones donde el rayo es brillante, y llegan allí en una secuencia aparentemente aleatoria que no puede predecirse mediante cálculos cuánticos.

La naturaleza de partícula de las partículas cuánticas se revela en los puntos brillantes localizados, mientras que su naturaleza de onda se demuestra por su distribución en un patrón de interferencia de onda.

El comportamiento que se ve en esta animación es una demostración de la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica.

Si las partículas cuánticas se comportaran simplemente como partículas, sin aspectos ondulantes, simplemente pasarían por las rendijas y se dirigirían directamente hacia la pantalla sin extenderse ni interferir.

En mecánica cuántica, cuando se suprime la interferencia, los rayos aún se extienden y se superponen, pero la intensidad permanece suave y brillante.

Es más probable que las partículas lleguen a la pantalla donde el rayo es brillante y los puntos de luz del cuento se extienden suavemente, sin espacios ni franjas que aparezcan. Esto lo vemos en la última sección de la animación.

Curiosamente, la supresión de las franjas de interferencia se puede lograr mediante la introducción de un detector que puede registrar a través de qué rendija pasa cada partícula individual.

Una vez que el detector ha determinado la rendija específica a través de la cual ha pasado una partícula individual, la onda de la rendija no tomada no tiene ningún efecto sobre su movimiento.

Es como si la onda de la otra rendija se hubiera derrumbado.

La detección de la ubicación de la partícula en las rendijas parece forzar a la partícula cuántica a mostrar solo su aspecto de partícula a partir de entonces.

Chris Dewdney