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Ciencias y letras por Salvador Ruíz Fargueta

Ciencias y letras, trata de acercar las dos culturas , favorecer su mestizaje. En realidad, sólo es una cultura que nos puede acercar más a nosotros mismos, a las complejas relaciones humanas, al mundo y a sus interrogantes. El autor, ingeniero y físico, es editor de La bella teoría. Publica los días 1 de cada mes.

Ondas de materia, partículas de energía

En el siglo XVII, por una parte el genial científico inglés Isaac Newton y por otra el matemático geómetra holandés Cristian Huygens desarrollaron dos teorías contrapuestas sobre la naturaleza de la luz. Newton propuso una teoría corpuscular, mientras que Huygens suponía que era un fenómeno ondulatorio.

Para Newton la luz estaba formada por pequeñísimos corpúsculos o partículas, y demostró las leyes de la reflexión y la difracción, en base a esa teoría. La luz se reflejaría como lo puede hacer una pelota cuando rebota sobre una superficie, y se refractaría al pasar de un medio a otro por la diferencia de velocidad de transmisión en los dos medios.

La teoría verdadera era la que suponía Huygens, pero el gran prestigio de que gozaba Newton mantuvo la teoría ondulatoria arrinconada durante más de un siglo, hasta que los experimentos de Thomas Young y Auguste Jean Fresnel la corroboraron ya en el siglo XIX.

En 1801 Thomas Young diseñó un sencillo experimento que decidiría sobre la verdadera naturaleza de la luz, el llamado experimento de la doble rendija. Hizo pasar un estrecho haz de luz a través de dos rendijas separadas unas décimas de milímetro y al observar la incidencia de los dos haces en una cámara oscura pudo observar un patrón de interferencia, es decir, en lugar de observar dos manchas separadas de luz se observaban una serie de manchas separadas que mostraban que la luz procedente de cada una de las rendijas iba sumándo o restando sus efectos, según coincidían las crestas o los valles de la onda en oposición o en fase. De la misma forma en que se suman o se restan los efectos de las ondas de un estanque.

El mismo experimento que demostró la naturaleza ondulatoria de la luz permitió, algo más de un siglo después, corroborar la doble naturaleza ondulatoria-corpuscular de todas las partículas. En contra de toda lógica se ha observado que los electrones, los protones o cualquier partícula de materia goza también de una naturaleza ondulatoria. Haciéndo pasar a través de las dos rendijas haces de partículas se observan, también, patrones de interferencia tal como supuso en su día el físico francés Louis-Victor de Broglie.

Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”. (Stephen Hawking, 2001)

Pero hay mucho más. Este simple experimento nos puede enseñar lo extraño que puede resultar nuestro mundo cotidiano en “la intimidad”. Cuando hacemos pasar partícula a partícula por las rendijas también encontramos el famoso patrón de interferencia. Cada partícula desde que sale hasta que llega a su destino, siempre que no sea interceptada, si tiene la posibilidad de viajar por dos, tres o muchos más trayectos el resultado final es la suma de todas estas posibilidades. En el caso de las dos rendijas si la posibilidad total corresponde a los dos trayectos el resultado final es la suma de las dos posibilidades (una suma de vectores de estado(*)). Las partículas realmente no están en ninguna de las trayectorias posibles y, a la vez, en todas. Pasan por las dos rendijas “a la vez” e interfieren con ellas mismas.

De la infinidad de partículas y ondas que componen nuestro mundo y nuestro cuerpo, y de estas extrañas interacciones resulta nuestra cotidianidad, tan aparentemente ajena a ellas. Categorías contrapuestas como pueden parecer las ondas y las partículas han resultado ser partes de una única realidad.

Nota(*): Es una suma semejante a la suma de fuerzas que actúan en distintas direcciones.
Nota sobre el título: Al hablar de partículas de energía me refiero a los paquetes de energía o cuantos, que hacen que las ondas se comporten como verdaderas partículas.

Salvador Ruiz Fargueta | 01 de septiembre de 2010


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