martes, 1 de mayo de 2012

Interferencia y salto al pasado

Ayer por la tarde salí a hacer fotos un rato. Busqué algún sitio nuevo donde no hubiera estado, y tras meter el coche por un caminito no recomendable para corazones frágiles llegué a un lugar que había localizado antes en google maps desde el que había una estupenda vista de la costa este de la isla desde Cala llonga hasta Tagomago.

El sitio no estaba nada mal, pero foto, lo que se dice foto, tenía poca. Un paisaje abierto desde lo alto de un acantilado en el que además no había ningún encuadre en el que no se metiera algún simpático pino. Como no llevaba la motosierra encima :-P me tuve que contentar con lo que había. Y había poco. En fin. A lo que vamos. Como siempre que uno no tiene foto, intenta tirar del stopper para sacar algún movimiento en las nubes, o algo así. Es una especie de último cartucho que queda, al que recurro más veces de las que debo. Falta de imaginación que uno tiene, ¡qué le vamos a hacer!

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Un par de intentos infructuosos y a otra cosa mariposa. Me fui a otro sitio, cerca, donde volví a recurrir al stopper otra vez aunque esta vez algo sí que salió. Poco, pero algo.

_DSC0904-2.jpgEn fin, que esta mañana al levantarme una hora más temprano de lo que quería, he sacado las fotos de la cámara para ver qué tal, y sorpresa, sorpresa. En una de las primeras fotos hechas desde el acantilado, tirada a un segundo de exposición, he visto un precioso patrón de interferencia en la superficie del mar. Fíjate en el patrón entre los árboles del pie de la foto, al lado del acantilado.

Oh. Hay cosas que disparan recuerdos, ¿no?, canciones, olores, palabras... pues a mi me ha disparado un aluvión de recuerdos ver el patrón de interferencia en la foto.  Y ahora...

MODO ABUELO CEBOLLETA ON

El laboratorio en el que más disfruté cuando era joven, tenía pelo y quería ser físico, fue el de óptica, en tercero. Experimentos espectaculares con diodos laser -si, esos que ahora los descerebrados usan para cegar porteros en campos de fútbol, pero que tienen utilidades mucho mucho más interesantes-; mi primer contacto con el mundo de la fotografía -construimos una cámara estenopeica e intentamos una antiestenopeica sin éxito, si me has seguido en Flickr sabrás que eso de los estenopes me dio juego en el pasado-; lentes, profundidad de campo, revelado, ... Y sobre todo EL experimento. El más precioso experimento que se puede hacer en un laboratorio de física. Uno de los experimentos más bonitos de la ciencia: la doble rendija de Young.  De repente recordé las tardes que pasé con mi amigo Álvaro, que sí que consiguió ser un pedazo de físico con el tiempo -aunque es famoso por otras cosas sobre todo-, intentando montar el mismo experimento con luz polarizada para presentarlo a un concurso de experimentos originales. No tuvimos éxito en parte porque yo empecé a trabajar en un banco en aquella época, y además de que mi tiempo se redujo de repente casi a cero -a la vez que mi cuenta corriente empezaba a tener algunos ceros en el lado correcto, todo hay que decirlo-, salí de Valencia durante tres meses en un corto pero extraño periplo alicantino.

MODO ABUELO CEBOLLETA OFF

MODO SHELDON ON

Thomas Young (scientist)¿Por qué es tan especial el experimento de Young? Durante un tiempo la formación de bandas de interferencia al hacer pasar la luz por una doble rendija pareció cerrar uno de los debates que había animado la escena científica entre el siglo XVII y principios del XIX: ¿cuál era la naturaleza de la luz? ondulatoria o corpuscular. Dos titanes enfrentados: Newton y Huygens, experimentos contradictorios, debate en las sociedades científicas. Todo ello cerrado de un plumazo al ver cómo se formaban las bandas de interferencia en una pantalla de la Royal Society en 1801: la luz era una onda.

Un siglo después, con la hipótesis cuántica recién salida de la cocina, Einstein, con su explicación del efecto fotoeléctrico, demostró lo contrario: la luz era un corpúsculo. Pocos saben que la mención del Nobel que recibió en 1921 hace referencia a este tema, y no a la relatividad especial o general.

¿Cómo puede ser esto? Un experimento nos demuestra indiscutiblemente que la luz tiene naturaleza ondulatoria y otro nos demuestra que tiene naturaleza corpuscular. ¡Así no vamos bien!

Broglie BigNo, no vamos bien, vamos mejor. la teoría cuántica comenzó a tomar forma, y con ella llegó la explicación, más profunda, bella, desconcertante y sugerente que se le pudiera ocurrir a nadie: la realidad era dual, tenía a la vez naturaleza ondulatoria y corpuscular, y no sólo eso, sino que manifestaba esa cualidad en función del experimento. La luz, por tanto, tenía las dos condiciones a la vez. Un experimento preparado para demostrar su carácter ondulatorio lo haría, y un experimento para demostrar su carácter corpuscular también lo conseguiría. Se había descubierto la dualidad. El príncipe Louis de Broglie -curioso tipo, que estudia historia y presenta una tesis doctoral sobre física cuántica- propuso en su tesis la existencia de ondas de materia, liquidando en el mundo cuántico distinción que la física clásica hacía entre partículas y ondas.

La física cuántica reveló que el universo, el conjunto de todo lo que existe, había estado jugando con nosotros durante mucho tiempo -y seguramente lo sigue haciendo- y nos gastaba bromas. La mecánica cuántica emergía como la más compleja y completa explicación de lo que existe, y nos obligaba con el tiempo a replantearnos nuestro concepto de la realidad. Laplace estaba equivocado: el determinismo causal era un error. Parece ser  que al final Dios sí que juega a los dados.

Richard Feynman - FermilabPero el experimento de Young todavía tenía que dar más juego. En un experimento mental, Feynman,  otro de los miembros insignes del santoral de la ciencia del siglo XX, sugirió algo más sorprendente todavía: en función de la realidad demostrada de la superposición de estados cuánticos, un único foton crearía el mismo tipo de bandas de interferencia en el experimento de la doble rendija al interferir consigo mismo. ¡Upa! ¡Qué me estás diciendo! Claro. El foton no es más que la superposición de sus estados de probabilidad. La probabilidad de que el fotón pase por cada una de las rendijas es del 50%, luego el 50% del fotón necesariamente pasa por cada una de las rendijas. En este punto el lenguaje está limitado y no es capaz de decir lo que esto significa, tendría que recurrir a las matemáticas. Pero es así. Puedes decir lo que quieras, pero ese experimento se ha hecho y comprobado. La realidad se retuerce más todavía.

Aún hay más, y ya no me extenderé mucho. Haciendo el experimento con electrones se demostró que el simple hecho de detectar por qué ranura pasaba realmente el electrón cambiaba el resultado del experimento. Esto demostró otro de los postulados básicos de la cuántica: la mera presencia de un observador determinaba y alteraba esencialmente el experimento. Mira este pequeño y estupendo video para ver lo que pasa (en inglés subtitulado)



Y para terminar, más madera. El experimento de la doble rendija desafía los límites entre el mundo cuántico y el mundo clásico. Se ha realizado con fullerenos de 60 y 70 átomos de carbono, que a todos los efectos son un objeto macroscópico, y por ahí se comenta que hay gente que se está planteando intentarlo con moléculas mucho más complejas. Como diría mi abuela '¡hasta dónde vamos a llegar!'

No recuerdo quién afirmaba: "toda la mecánica cuántica está encerrada en el experimento de Young" Probablemente no le falta razón.

MODO SHELDON OFF

¿Y por qué todo este rollo? Primero, porque no me apetece ponerme a hacer un trabajo de Dirección de marketing con el que tengo que ponerme ya. Segundo porque en el fondo de mi corazón, bajo capas y más capas de cuentas de explotación, proyectos, recursos, contratos y discusiones, sigo enamorado de la física; sigo pensando que estudié lo más bonito que puede estudiar una persona: el manual de instrucciones del universo. Tercero, porque un cachito de una foto me ha hecho recordar 'aquellos maravillosos años'.

Ah, ¿y dónde está la foto?

Es la de arriba, pero aquí he pegado el recorte interesante. La he subido de tres modos diferentes para que puedas ver el patrón de interferencias que forman las olas sobre la superficie del mar. Es un patrón bidimensional, formado por el rebote de las olas en los acantilados de Cala llonga, que al salir hacia el mar abierto interfieren en la boca de la cala, muy alargada y profunda como sabes, y forman esto.

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¿Ves el patrón? Pues mira, de ahí viene todo este rollo.





3 comentarios :

David T. dijo...

Es un error muy extendido y que puede parecer banal pero ya que el articulo esta tan bien trazado déjame que corrija. La luz no "es una onda", se comporta en ciertas condiciones como tal, y en otras como partícula!

AMJ dijo...

Efectivamente tienes toda la razón. No es banal en absoluto. Quizá no lo he explicado bien en el texto, pero la esencia de la dualidad es que el comportamiento se acomoda al tipo de experimento, es decir, la luz se COMPORTA como una 'onda' en según que tipo de experimentos y se COMPORTA como un 'corpúsculo' en otros. En este sentido, y perdóname la broma, es como una amiga que tengo que en función del novio de turno se COMPORTA como si fuera merengue o culé... ¡Una moza definitivamente dual!

Gracias por el comentario, David. Viniendo de ti tiene muuuuucho valor!!!!

;-)

Teresa dijo...

Me preguntaste si había leído algún libro especial últimamente. Mi libro favorito de 2011 fue EL CARÁCTER DE LA LEY FÍSICA.

http://www.tusquetseditores.com/titulos/metatemas-el-caracter-de-la-ley-fisica

xx

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