Estar en muchos lugares a la vez y colapsar en uno

Superciencia. Número 89

A cualquiera que se haya preguntado cómo se habría visto su vida al final del camino que no tomó.
Blake Crouch en “Materia Oscura”

La Mecánica Cuántica y la Teoría de la Relatividad plantean nuevos conceptos que contradicen el sentido común pero están soportados por una sólida base matemática. Uno de estos conceptos incomprensibles para nuestra visión macro del mundo es la superposición de estados cuánticos. Esta se da cuando una partícula posee dos o más posiciones al mismo tiempo o se encuentra en más de un estado al mismo tiempo, es decir, más de un orbital o más de un momento angular.

Los experimentos realizados con electrones nos enseñan que esta partícula existe en todos los estados en forma simultánea o en todas las posiciones que la función de onda lo permita, y solo colapsa en un estado cuando es observado.

En 1924 el físico francés Louis de Broglie, ante la naturaleza ondulatoria y corpuscular manifestada por la luz en el efecto fotoeléctrico, publica su tesis revolucionaria en la que considera al electrón como una partícula dotada de masa y momento, pero también como una onda. Su modelo matemático es muy sencillo. La longitud de onda del electrón es , donde  es la longitud de onda medida en metros,  es la constante de Planck igual a 6.63 x 10-34 Js,    es la masa del electrón en kg y  es la velocidad en m/s.

La fórmula de de Broglie nos dice que la longitud de onda de la partícula aumenta cuando su masa  es muy pequeña, ¡maravillas del mundo subatómico! Es importante puntualizar que la longitud de onda de de Broglie no es una onda electromagnética, mucho menos es una onda material como las de agua o aire,  es una onda de probabilidad, es decir, la probabilidad de que un electrón o cualquier partícula se localice en un lugar. ¡El electrón está en muchos lugares, todos los que le permite la función de onda, y solo colapsa en uno, elige uno, cuando lo observamos, cual niño travieso!

La fórmula de de Broglie  nos demuestra por qué los objetos macroscópicos no presentan propiedades ondulatorias, ya que la longitud de onda de materia es muy pequeña. Por lo tanto, el mundo macroscópico no es tan escurridizo como el mundo subatómico.

Conocemos bastante del mundo macroscópico, sin embargo el mundo subatómico está esperando ser explorado. El espacio a pequeñas longitudes del tamaño de la longitud de Planck1 es desconocido, no sabemos casi nada de sus “habitantes”. Por debajo de esta escala nada es accesible, tal vez nada existe, en la escala de Planck no podemos definir el tiempo. ¿Qué nos queda? No sabemos. La escala de Planck es tan pequeña (1x10-35 metros) que si lográramos agrandar un balón de futbol al tamaño de todo el universo, ¡aún no podríamos observarla!

 

1  donde         es la longitud de Planck.

                       

                        es la velocidad de la luz en el vacío

 

Referencia

Perrose, R. (2015) “El camino de la realidad: Una guía completa de las leyes del universo. Barcelona, España: Debate