Juegos de Física

La Física Cuántica se encuentra sin duda entre las ciencias más experimentadas de cuantas se conocen. Experimentos sencillos y fáciles de hacer se han repetido miles de veces en laboratorios de todo el mundo con resultados idénticos absolutamente contrastados que no dejan lugar a dudas. Sin embargo, a veces, algunos de estos resultados, que como tales son incuestionables, nos muestran un comportamiento de la naturaleza que nuestra razón tiene que rechazar a la luz de los conocimientos actuales. Por este tipo de cosas es por lo que se dice que la física cuántica es contraintuitiva.

En el post El Cúbit ya mencionamos la posibilidad de hacer algunos experimentos casi caseros. Veamos uno de ellos que es prácticamente un juego. Para un primer ensayo solo se necesita lo siguiente:

Un pequeño laser emisor de fotones, (LASER)

Un espejo semiespejado que puede dejar pasar un rayo y también puede reflejarlo, (SE)

Dos detectores de fotones, que cuando reciben un fotón emiten un sonido que suena como clic, (D1 y D2)

Con estos elementos, que son baratos, podemos hacer un montaje, incluso un montaje casero, como el de la figura 1.

Cuando lanzamos fotones desde el laser van llegando indistintamente a los dos detectores, según tomen los caminos 1 0 2, que los van recibiendo con sus sonidos intermitentes, clic, clic, clic. Observando lo que va sucediendo se puede afirmar lo siguiente:

-Los detectores ponen de manifiesto el carácter corpuscular de la luz, lo mismo que los experimentos con rejillas manifiestan su carácter ondulatorio, pues si los fotones no fueran partículas el sonido sería continuo.

-Es imposible predecir por cuál de los dos caminos va a transitar un fotón cuando sale del laser, y tanto es así, que este aparatito podría ser la base para construir un generador de números aleatorios.

-La física cuántica explica lo que aquí ocurre como un fenómeno de superposición: el fotón se desdobla y va por los dos caminos simultáneamente, y cuando alcanza un detector nos muestra que ha ido por el camino correspondiente y ya no aparece en el otro. Al hacer la medida que supone la entrada del fotón en un detector, el sistema colapsa mostrando uno de sus valores posibles y ocultándonos lo que venían siendo otras posibilidades.

A continuación hacemos un montaje algo más complicado, pero no mucho, utilizando dos espejos semiespejados (SE1 y SE2) y dos espejos normales (E1 y E2) como indica la figura 2, con la posibilidad de que el recorrido 1 pueda ser o no inhabilitado intercalando en él un objeto que no deje pasar el rayo. Entonces observamos una cosa muy curiosa:

– Si el recorrido 1 está despejado y puede pasar el rayo de luz desde el semiespejo SE1 al espejo E1, sucede que todos los fotones terminan llegando al detector D1, sin que llegue ninguno al detector D2.

-Si el recorrido 1 está interrumpido mediante un objeto que impida que el fotón pueda ir desde el semiespejo SE1 al espejo E1, los dos detectores D1 y D2 harán clic, clic, clic. El comportamiento del fotón depende por lo tanto de que haya o no un objeto abajo interceptando el camino desde SE1 a E1. Pero eso supone que el fotón tiene que tener algo que se lo diga. Cuando el fotón está en P, camino de SE2, ¿cómo puede saber si hay o no un objeto interceptando la trayectoria de abajo?

La física clásica no tiene ninguna respuesta para esto. La física estadística tiene la siguiente explicación.

Cuando el camino de abajo está despejado, el fotón llega a SE1 y se desdobla en dos, de manera que circula por los dos circuitos a la vez, y los dos fotones procedentes de ese fotón desdoblado, interactúan entre sí al llegar a SE2 y esa interferencia les dice que sigan siempre el camino hacia D2.

Cuando el camino de abajo está interrumpido solo circulará un fotón por el camino de arriba, que llegará a SE2 sin posibilidad de interactuar con otro fotón y eso le deja la vía expedita para llegar de forma aleatoria al detector D1 o al detector D2, como vimos en el caso de la figura 1.

Este experimento cuenta con muchas variaciones que se pueden encontrar sin dificultad, bien utilizando espejos, o bien utilzando cajas, rendijas y pantallas.

Y ahora volvamos a lo que decíamos al principio. La prueba del ensayo es concluyente, y la explicación de la física cuántica puede que también lo sea, pues son muchos los experimentos con o sin espejos que demuestran este posible desdoblamiento del fotón, y han transcurrido setenta u ochenta años desde que esto se sabe. Pero ¿Cómo le explicamos eso a nuestra razón? ¿Cómo le explicamos a nuestra razón que un único fotón circula por dos posibles caminos al mismo tiempo? Ahora no lo podemos razonar de ninguna manera, pero puede que dentro de algunos años tengamos para ello una teoría que nos explique de forma razonada cómo puede ocurrir esto.