Las piezas lego de la naturaleza. La historia más extraña jamás contada. Parte 5.

Las partículas son más raras que los fantasmas.

En la parte 3 de esta historia más extraña jamás contada vimos cómo la luz, al pasar por dos rendijas, producía una interferencia típica de las ondas. Si repetimos el experimento, pero con electrones en lugar de fotones, encontramos el mismo tipo de interferencia, así que los electrones se comportan también como ondas, en contra de lo supuesto hasta ahora, que eran partículas. ¿Cómo puede ser esto? Uno puede suponer que los electrones, interaccionan unos con otros para producir el patrón similar al de las ondas. Pero sucede que es posible graduar nuestra fuente de emisión de electrones para que los emita de uno en uno. Si hacemos esto, encontramos que cada electrón llega a un sitio determinado, según se ve en la figura que abre la entrada. 

Así, cada electrón es una partícula, pero cae en un lugar u otro de la pantalla según las leyes que gobiernan las ondas. En lugar de atravesar la rendija en línea recta, es como si atravesara las dos rendijas e interfiriera consigo mismo (como hacen las ondas), pero luego, en lugar de impresionar la pantalla como hacen las ondas (como en la pantalla e), la impresiona como hacen las partículas (con solo un puntito, como en a), pero de tal forma que esa impresión es justo parte del patrón que siguen las ondas, como se ve cuando hemos bombardeado la pantalla con muchos electrones. ¿Cómo sabe cada electrón dónde tiene que caer para que el resultado final sea justamente el observado en e?

Obviamente, el electrón no sabe nada. Ocurre que obedece unas leyes físicas, que están marcadas por su función de onda. A partir de esa función se pueden calcular las probabilidades de estar en cualquiera de los lugares posibles. No debe resultar extraño, a estas alturas, proponer que la naturaleza obedece ciertas reglas (como que la atracción gravitatoria disminuye con el cuadrado de la distancia). Ocurre, simplemente, que las partículas subatómicas obedecen leyes muy extrañas que no somos capaces de intuir.

Así que los electrones son ondas y, además ocupan órbitas cuando están ligados a un átomo. En estas órbitas siguen su ecuación de onda particular, que quiere decir que ocuparán cierta región del espacio de esa órbita con cierta probabilidad. Es más, no es que esté en un sitio y no sepamos cuál es, sino que está en cada uno de esos sitios con ciertas probabilidades.

En el experimento de las dos rendijas podemos intentar saber si el electrón pasa por una de ellas o por ambas. Colocamos un detector de electrones en cada rendija y miramos a ver qué pasa. Y lo que pasa es que cada electrón pasa sólo por una rendija. Y pasa, además, que cuando hacemos esto, el electrón deja de comportarse como onda y pasa a comportarse como partícula, dejando de presentar el patrón recogido en la pantalla e.

Recapitulemos. Cuando sólo está abierta una rendija, no se produce interferencia. Cuando se abren dos rendijas sí se produce, pero si miramos, el electrón solo pasa por una y deja de haber interferencia. En otra palabras, si hacemos el experimento para ver si el electrón es una partícula, se comporta como partícula. Si lo hacemos para ver si es una onda, se comporta como onda. Esto, además, pasa con cualquier otra partícula subatómica. Como decía Alicia: “Curiouser and curiouser!”

Entre otras cosas, esto quiere decir que no hay manera de saber qué va a hacer el electrón. No es que no tengamos los instrumentos adecuados para medir con la precisión necesaria, es que tal cosa es, en el mundo cuántico, imposible.