Newton y Einstein tenían razón: científicos confirman el principio de incertidumbre cuántica
Este concepto fue objeto de debate desde las primeras teorías sobre la naturaleza de la luz hasta los avances en la física cuántica.
La dualidad onda-partícula, uno de los pilares fundamentales de la física cuántica, fue confirmada nuevamente gracias a un reciente experimento.
Este fenómeno, que desconcertó a los científicos durante siglos, plantea que la luz, dependiendo de cómo se observe, puede comportarse como una onda o como una partícula.
Este descubrimiento no solo avanza nuestra comprensión de la luz, sino que también establece conexiones fascinantes con la teoría de la incertidumbre cuántica, ampliando las fronteras de la ciencia moderna.
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La historia de la dualidad onda-partícula: de Newton a Einstein
La discusión sobre la naturaleza de la luz comenzó en el siglo XVII con Isaac Newton, quien propuso que la luz estaba formada por partículas, a las que llamó corpúsculos.
Sin embargo, sus contemporáneos, como Thomas Young, demostraron a través de experimentos que la luz exhibe propiedades ondulatorias. Fue solo a principios del siglo XX cuando Albert Einstein propuso el concepto de fotón para explicar el efecto fotoeléctrico, confirmando la naturaleza particulada de la luz.
Más tarde, Arthur Compton amplió esta idea, demostrando que la luz también tiene características de partículas, como la energía cinética.
Con el advenimiento de la mecánica cuántica, los científicos comprendieron que la luz puede ser tanto onda como partícula, dependiendo de la medición realizada.
Científicos demuestran que las partículas viven en dos mundos a la vez
La dualidad onda-partícula es un concepto fundamental en la física cuántica que describe la capacidad de las partículas subatómicas, como electrones y fotones, para exhibir propiedades tanto de onda como de partícula.
Esta dualidad plantea una pregunta central: ¿cómo puede un objeto comportarse de dos maneras aparentemente contradictorias al mismo tiempo? La respuesta se encuentra en la mecánica cuántica y se basa en varios principios interrelacionados.
El principio de complementariedad de Bohr, formulado por Niels Bohr, establece que las propiedades de onda y partícula son complementarias, no contradictorias.
Esto significa que no podemos observar o medir ambas propiedades simultáneamente en un solo experimento.
Dependiendo del experimento que realicemos, se manifestará un comportamiento ondulatorio, como la interferencia y la difracción, o un comportamiento corpuscular, como la masa y la carga.
El principio de incertidumbre de Heisenberg, formulado por Werner Heisenberg, establece que existe un límite fundamental en la precisión con la que se pueden conocer ciertos pares de propiedades físicas de una partícula, como su posición y su momento lineal.
Cuanto mayor sea la precisión con la que se mide una propiedad, menor será la precisión con la que se puede medir la otra.
En la mecánica cuántica, las partículas no tienen trayectorias definidas como los objetos clásicos. En su lugar, se describen mediante una función de onda, que proporciona la probabilidad de encontrar la partícula en un determinado lugar y con un determinado momento.
La función de onda evoluciona en el tiempo según la ecuación de Schrödinger. Antes de realizar una medición, la partícula se encuentra en una superposición de estados, es decir, existe en múltiples estados posibles simultáneamente. La medición "colapsa" la función de onda, forzando a la partícula a tomar un estado definido.
Investigaciones recientes, como la realizada en Singapur en 2014, establecieron una conexión entre la incertidumbre entrópica y la dualidad onda-partícula.
La entropía, en este contexto, mide el desconocimiento que tenemos sobre el estado de un sistema cuántico. Los estudios demostraron que existe una relación cuantitativa entre la capacidad de una partícula para mostrar comportamiento ondulatorio y la incertidumbre en la medición de sus propiedades corpusculares, y viceversa.
En otras palabras, cuanto más "conocemos" sobre el comportamiento de partícula, menos "conocemos" sobre su comportamiento ondulatorio, y esta relación está ligada a la entropía del sistema.
El 4xperimento de la Universidad de Linköping que cambia todo
El reciente experimento realizado en la Universidad de Linköping, en Suecia, confirmó la relación entre la dualidad onda-partícula y la incertidumbre entrópica.
Utilizando un interferómetro con un divisor de haz ajustable, los científicos fueron capaces de medir transiciones graduales entre el comportamiento ondulatorio y el comportamiento de partícula de la luz.
Además, incorporaron el momento angular orbital de los fotones, lo que les permitió transportar más información que con las ondas tradicionales.
Este enfoque innovador demostró que la cantidad de conocimiento sobre las propiedades de onda y partícula de un fotón nunca puede exceder los límites establecidos por la incertidumbre entrópica.
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