El experimento de la doble rendija y la paradoja cuántica de la luz dejan a los científicos "locos".
#nasa #esa #technology #tecnologia #astronomy #astronomia #science #ciencia #deepsky #solarsystem #sistemasolar #universe #universo #space #espacio
#nasa #esa #technology #tecnologia #astronomy #astronomia #science #ciencia #deepsky #solarsystem #sistemasolar #universe #universo #space #espacio
Categoría
🤖
TecnologíaTranscripción
00:00La luz es mucho más extraña de lo que crees. Puede parecer simple viajando por el universo
00:05llevando energía de un lugar a otro. Nos ayuda a ver, proporciona vida a las plantas
00:11y, por tanto, a nuestro planeta en general, y tiene fama de ser muy rápida. Sin embargo,
00:17para ser una fuente de energía que también es sinónimo de comprensión, la luz es sorprendentemente
00:22difícil de entender. La luz nos ayuda a ver otras cosas, pero cuando los científicos
00:27intentan examinar la luz en sí misma, resulta increíblemente difícil. No, no me refiero
00:33a ponerse a mirar fijamente a ninguna lámpara. Por favor, no lo hagas en casa. Si no, a que
00:38los experimentos de los últimos 200 años aproximadamente han demostrado que lo que la luz parece ser
00:45y lo que la luz es, son en realidad dos cosas distintas, por una sencilla razón. La luz
00:51se comporta de forma diferente cuando no la estás mirando, que cuando sí la estás mirando.
00:56¿Cuál es la verdadera naturaleza de la luz? ¿Por qué se comporta de forma extraña cuando
01:01no la estamos mirando? ¿Y qué dice esto sobre cómo funciona realmente el universo? Y en el
01:07vídeo de hoy intentaremos averiguarlo. Arrojemos algo de luz sobre la luz.
01:13Empecemos por lo básico. ¿Qué es la luz? A principios del siglo XVIII, Isaac Newton teorizó
01:19que la luz estaba formada por pequeñas partículas a las que denominó corpúsculos. Pero en 1801,
01:26casi 100 años después, Thomas Young afirmó que en realidad la luz debe ser más ondulatoria que
01:33particulada. Lo demostró utilizando un relevante método conocido como el experimento de la doble
01:39rendija. Preparó una fuente de luz y la hizo brillar a través de dos estrechas rendijas sobre una tabla.
01:45Young observó que en lugar de obtener dos bandas de luz al otro lado de las rendijas,
01:50se formaba un extraño patrón rayado. Esto se conocía como patrón de interferencia,
01:55y era una prueba irrefutable de que la luz había viajado como una onda. ¿Por qué? Hablemos un
02:01momento de las ondas. Cuando las ondas viajan, oscilan hacia arriba y hacia abajo. Pero cuando
02:06dos ondas intentan oscilar al mismo tiempo en el mismo punto del espacio, se produce lo que se
02:11conoce como interferencia. Imagina que tienes una bañera con un patito de goma en la superficie.
02:17Dos ondas llegan al pato a la vez. Una onda intenta elevar el pato al mismo tiempo que la
02:23otra onda intenta bajarlo. ¿Qué ocurre? Siempre que las ondas sean de la misma magnitud y estén
02:28perfectamente desfasadas, se anularán mutuamente, y el pato no se moverá en absoluto. Esto se llama
02:34interferencia destructiva. Del mismo modo, si las dos ondas intentaran elevar el pato al mismo tiempo,
02:40el pato se elevaría el doble. Esto se conoce como interferencia constructiva. Como las ondas
02:47tienden a expandirse en un círculo, dos ondas próximas empezarán a interferir entre sí,
02:52tanto constructiva como destructivamente. Aquí tienes dos ondas en el agua. ¿Ves estas líneas?
02:58Estas zonas más tranquilas son donde las ondas se anulan mutuamente. Este es el efecto que vemos en
03:04la luz que viaja a través de las dos rendijas. Al propagarse la luz de una rendija, anula a la
03:10otra
03:10onda de luz en determinados puntos, creando el patrón de interferencia que Jung observó en la
03:15pizarra. Así pues, el misterio estaba resuelto. La luz era una onda y no una partícula. Pero en
03:22este experimento hay más de lo que parece. Avancemos otros 100 años hasta 1905. En aquella
03:28época, los científicos estaban desconcertados por algo conocido como efecto fotoeléctrico.
03:34Resultaba que al incidir una luz sobre una superficie metálica, se desprendían partículas
03:40parecidas a electrones. Se dedujo que esto se debía a que los electrones del metal se desprendían de
03:45él debido al aumento de energía que proporcionaba la luz. Imagínatelo como la fruta en un árbol.
03:52Para arrancar la fruta del árbol, necesitas cierta cantidad de energía. Una vez que la energía es mayor
03:57que la fuerza de la fruta con la rama, la fruta se suelta. Esto ocurría con la luz y los
04:03electrones.
04:03Una vez que la luz golpeaba un electrón y le daba la energía suficiente, se desprendía del metal.
04:09Sin embargo, lo que sorprendió a los científicos fue que si aumentabas la intensidad de la luz,
04:15esperaban que los electrones se desprendieran más rápidamente. Es como arrancar la fruta
04:20del árbol con más fuerza, que se desprendería más deprisa. Más energía, igual más energía cinética
04:26de salida. Sin embargo, no parecía ser así. En cambio, el aumento de la frecuencia de la luz
04:32incrementó la velocidad de los electrones que se desprendían. La intensidad de la luz no afectaba
04:37en absoluto a la velocidad de salida de los electrones, pero sí a la cantidad de electrones emitidos.
04:43Esto era un poco desconcertante. Albert Einstein fue quien resolvió el enigma. Dedujo que la luz
04:49debía viajar en pequeños paquetes de energía, por lo que enviar más de ellos, aumentar la frecuencia,
04:54era la única forma de aumentar la energía que iba a los electrones. Llamó a estos paquetes
05:00fotones, y más tarde ganó un premio Nobel por su trabajo. La luz, al parecer, volvía a ser una
05:06partícula, o una onda y una partícula a la vez. Por supuesto, esto no es todo. Para ser sinceros,
05:13ni siquiera ahora estamos completamente seguros. En cambio, tenemos más resultados que son
05:18contradictorios. Volvamos al experimento de la doble rendija. Armados con el conocimiento de los
05:23fotones, los físicos volvieron a echar un vistazo al experimento de la doble rendija.
05:28Las técnicas experimentales habían mejorado en los últimos 100 años, y ahora era posible emitir
05:34un solo fotón de luz a la vez. Así pues, se volvió a realizar el experimento de la doble rendija.
05:40Esta vez solo se enviaría un único fotón a través de la rendija, hacia un detector situado en el lado
05:46opuesto. Al hacerlo, el detector registró la llegada del fotón a un solo punto. Así pues, la luz volvía
05:53comportarse como una partícula. Pero entonces, ¿por qué había interferido consigo mismo en la
05:58versión anterior del experimento? Los científicos tuvieron una idea. Enviaron varios fotones de uno
06:04en uno, y trazaron los resultados en el detector. Y aquí es donde el resultado se volvió realmente
06:10extraño. Una vez más, el detector empezó a ver que los fotones llegaban a puntos concretos,
06:16de uno en uno. Pero desconcertantemente, los fotones que llegaban empezaron a crear un patrón.
06:22El patrón de interferencia. La prueba de que la luz se comportaba como una onda. Pero,
06:27curiosamente, esto solo ocurría cuando pasaba un único fotón a la vez. De algún modo,
06:33el único fotón, que salía del detector como una partícula y llegaba a su destino como una
06:38partícula, atravesaba aparentemente de algún modo las dos rendijas a la vez, lo suficiente como
06:44para interferir consigo mismo al otro lado como una onda. Si la luz fuera solo una partícula,
06:50al atravesar las rendijas no verías este patrón. Solo verías dos manchas de luz. Una para las
06:56partículas que pasaban por una rendija, y otra para las partículas que pasaban por la otra. Y,
07:02sin embargo, aquí estaba el patrón de interferencia con sus múltiples líneas de luz,
07:07refutándolo. Los científicos intentaron precisar. Pusieron en marcha el experimento,
07:12pero esta vez con dos detectores más en la rendija, para que los científicos pudieran observar si
07:18efectivamente pasaba por ambas al mismo tiempo. Y no lo hizo, pero al mismo tiempo dejó de crear
07:23un patrón de interferencia. Y a partir de ahí, los científicos empezaron a darse cuenta de algo.
07:29A la luz le importaba ser observada. Para ser claros, no importaba si la observaba un ojo humano
07:35o una máquina. En el momento en el que se interactuaba con la luz de alguna forma mediante
07:40cualquier partícula, que es la única forma en que podemos detectar la luz, empezaba a comportarse
07:46de forma diferente a si no se hubiera detectado en absoluto. Era como si la luz se materializara
07:52cada vez que el universo le hacía una pregunta de dónde estaba exactamente, mientras que sin ese
07:57escrutinio, se relajaba en algo más nebuloso. Por extraño que parezca, esto parece implicar que
08:03la luz es, en realidad, más una onda de probabilidad que una partícula u onda concreta. Cada vez que se
08:10le
08:10preguntaba dónde estaba, daba una respuesta definitiva. Estaba en este punto del detector.
08:16No estaba en ningún otro punto. Pero sin que nadie lo comprobara, la luz parece viajar en todas
08:22direcciones a la vez, de acuerdo con ciertas probabilidades. Si hicieras el experimento varias
08:28veces, podrías cuantificar esas probabilidades, descubriendo que era más probable que estuviera en
08:33las bandas del patrón de interferencia y menos probable que estuviera en los huecos. Pero cada
08:39vez que se preguntaba a un solo fotón de luz, daba una respuesta 100% concreta. Esto se pone de
08:46manifiesto mediante la paradoja de los tres polarizadores. Considera por un momento unas
08:51gafas de sol polarizadas. Evidentemente, estas reducen la cantidad de luz que puede pasar a través
08:57de ellas, normalmente alrededor de un 50%, según el tipo de lente y la longitud de onda de la luz.
09:03Funcionan al estar formadas por finas cadenas de moléculas que recorren longitudinalmente la lente.
09:09Cualquier luz que oscile en la misma orientación que esta lente es absorbida. Cualquiera que sea
09:15perpendicular a las cadenas puede pasar sin problemas. Lo interesante se produce cuando pasa
09:20un solo fotón con una orientación diagonal a la lente. En este caso, no pasa ni la mitad de un
09:26fotón.
09:26Por lo visto, no se puede simplemente absorber la parte de la oscilación que es paralela a las
09:32líneas y dejar pasar la parte que es perpendicular. En lugar de eso, el fotón se decide en una
09:38orientación o en la otra. O bien se absorbe por completo, o bien pasa por completo. Pero ahora
09:44con la polarización perpendicular, igual a la que tendría que haber tenido para pasar fácilmente.
09:49¿Cómo sabemos que el fotón no tenía esta orientación todo el tiempo? Por lo que ocurre
09:54cuando empiezas a añadir más lentes. Cuando colocas una segunda lente detrás de la primera,
10:00puedes bloquear la luz por completo, siempre que las dos polarizaciones sean perpendiculares entre
10:05sí. Digamos que giramos la segunda lente en 90 grados respecto a la primera. Cualquier luz que
10:10atraviese la primera lente tiene un 0% de posibilidades de atravesar la segunda. Como resultado, solo vemos
10:17negro. Pero añade una tercera lente y colócala en un ángulo de 45 grados entre las otras dos,
10:23y extrañamente, la luz empieza a atravesar de nuevo las tres. Esto puede parecer imposible. ¿Cómo
10:30es posible que añadiendo más obstrucciones, aumente la cantidad de luz que consigue atravesarlas? Pero
10:36este resultado descarta la posibilidad de que la luz tenga una orientación fija. Debe estar
10:42reorientándose a cada nueva lente, lanzando un dado cuántico cada vez para ver si la orientación era
10:48la correcta desde el principio o no. Si consigue atravesar la primera lente, una probabilidad del
10:5450% solo lo habrá hecho porque estaba orientada perfectamente perpendicular a la polarización de la
11:00lente. Lo que significa que una vez que llega a la segunda, lo hace desde una polarización que es
11:06diagonal. Así que, una vez más, hay una probabilidad del 50% de que lo consiga. Vuelve a lanzar su
11:13dado
11:14cuántico y una vez más tiene una probabilidad del 50% de pasar. Si también supera este obstáculo,
11:20se vuelve a ajustar a una nueva orientación, como si siempre hubiera estado en esa orientación,
11:26lo que obviamente no era así. Lo que significa que ahora está polarizado diagonalmente respecto a la
11:33tercera lente, lo que significa que ahora tiene un 50% de posibilidades finales de pasar. Por supuesto,
11:39algunos fotones no consiguen atravesar estos tres filtros probabilísticos. Solo un 12,5% de ellos lo
11:47consiguen, pero eso es más que el 0%, que es lo que ocurría antes cuando solo había dos lentes. A
11:54la luz
11:54le gusta comportarse en cantidades discretas. Es cuántica. Parece que se ajusta a un valor concreto
12:00cuando se observa, y sinceramente, no sabemos muy bien por qué. Si piensas en una onda, no hay ninguna
12:07razón por la que no puedas tener simplemente media onda. Podrías dividirla por la mitad una y otra vez
12:13un número infinito de veces, y seguirías teniendo una respuesta que tendría sentido matemático. Y,
12:20sin embargo, parece que a una escala cuántica lo suficientemente baja, no puedes dividir la luz por
12:25la mitad más allá de cierto punto. No puedes tener medio fotón, ni un fotón y medio. Y si lo
12:31intentas,
12:31el fotón se ajusta a uno u otro de los enteros más próximos, basándose en probabilidades, pero solo
12:37cuando se le pregunta. Por lo demás, se contenta con existir probabilísticamente, interfiriendo consigo
12:43mismo como una onda mientras se desplaza, antes de saltar a una respuesta cuando más tarde se le pregunta
12:49dónde está exactamente. ¿Qué está ocurriendo? Todavía se está teorizando sobre ello. La comparación más
12:56cercana que tenemos es algo conocido como armónicos, en los que en una cuerda acotada solo puede existir
13:02un cierto número de ondas. En una cuerda de guitarra puede haber una onda, o dos, o más, pero nunca
13:09un
13:09número que no sea entero. Parece que la luz funciona del mismo modo. Quizás algo haga pinza al principio y
13:16al
13:16final del camino que recorre la luz, aunque por ahora se desconoce qué puede ser y qué mecanismos lo
13:22impulsan. Fundamentalmente, quizás lo más loco de todo esto, es que no se trata solo de la luz. Aunque
13:29nos hemos centrado en que la luz se comporta como una onda y se comporta de forma probabilística,
13:35todas las partículas de la materia hacen lo mismo. La luz no es más que otra forma de energía,
13:40y la energía y la materia están vinculadas. Se ha demostrado que las partículas de materia,
13:45átomos e incluso moléculas complejas, tienen longitudes de onda. Los electrones son también
13:51cuantificables, y también se rigen por probabilidades como los fotones. Al parecer,
13:57todos nos guiamos por probabilidades si reducimos la escala lo suficiente. Entonces, ¿de qué está hecho
14:03todo realmente? ¿Qué compone la energía y la materia? ¿Qué hace que se comporte de la forma en
14:09que lo hace? ¿Qué ocurre bajo la superficie de la realidad? ¿Por qué el universo se comporta de forma
14:14distinta cuando se mira que cuando no se mira? ¿Y qué implica pensar que incluso tú eres en cierto
14:21nivel probabilístico? Lo que todo esto significa no lo sabe nadie. La persona que lo descubra será
14:27el Einstein de nuestro tiempo. Pero por ahora, lo único que podemos decir es que, en lo que respecta
14:33a la realidad, parece que el universo juega a los dados. Tú y el mundo que te rodea puede ser
14:39menos
14:40probable de lo que creías. Gracias por tu visita y nos vemos en el futuro.
Comentarios