Experimento casero: Verifica la teoría atómica y la mecánica cuántica

Si tienes una caja de cartón, un disco CD viejo que no te importe romper y un cutter, prepárate para hacer un experimento en el que vas a aprender un montón de física cuántica. Prometo no usar ni una fórmula, así que espero que disfrutes el artículo aunque odies las mates.

Hace poco más de un siglo que sabemos con absoluta certeza que las distintas sustancias que se encuentran en la Naturaleza se pueden partir una y otra vez manteniendo sus propiedades, pero no hasta el infinito: el límite es lo que llamamos átomos, del griego ἄ-τομος (“in-divisible”).

Seguramente en la escuela te explicaron que los átomos consisten en un núcleo, compuesto de partículas llamadas protones y neutrones (de cargas positiva y neutra) y una nube de electrones de carga negativa orbitando a su alrededor, tal que así:

Pues bien, si esta imagen de un mini sistema solar es la que tenías en mente cuando piensas en un átomo, siento decirte que… ¡¡en el colegio te engañaron!!. Por suerte, un átomo es algo muchísimo más complejo y entretenido, y una de las razones es el tamaño de las partículas que lo componen. Los electrones son tan “pequeños” y ligeros (pesan unas 1800 veces menos que las partículas del núcleo atómico) que viven en el mundo microscópico donde las leyes de la Naturaleza son muy diferente a las que vemos en nuestro día a día: las de la mecánica cuántica.

Para empezar, un electrón no es una “bolita”, como se lo suele representar. Se descartó hace mucho tiempo que pudieran ser esferas tras analizar un efecto llamado spin. De hecho, a día de hoy no se sabe qué son por dentro (si es que son algo).

Pero tampoco es correcto imaginárselos como “puntos” infinitamente pequeños y sin dimensión. En el mundo de la mecánica cuántica la pregunta de qué es un electrón quieto, sobre la mesa, no tiene sentido, ya que un electrón quieto no existe: debido al principio de indeterminación (que no de incertidumbre) ningún objeto puede estar quieto, aunque el efecto se atenúa para objetos más grandes que moléculas y por eso nuestra experiencia cotidiana no lo nota. Cuanto más intentes dejar un electrón quieto, más se moverá. De hecho, gracias a dicho efecto existe la materia tal y como la conocemos ya que así se evita que los electrones caigan hacia el núcleo atómico, al que se sienten atraídos por la diferencia de carga eléctrica (ya lo demostré matemáticamente aquí).

El hecho es que un electrón es en realidad un ente difuso, extremadamente pequeño pero que no está en ningún sitio concreto sino en una zona del espacio determinada siguiendo lo que llamamos funciones de densidad de probabilidad (fdp) que nos dicen donde es más o menos probable encontrar al  electrón. Por ejemplo, en un átomo de Helio, sus dos electrones orbitarán normalmente siguiendo idénticas distribuciones de probabilidad esféricas, siendo más probable encontrarlos cerca del núcleo que lejos:

Átomo de Helio (fuente)

Pero ojo: a diferencia de las estadísticas que se usan en aspectos más mundanos como cuando se acota la incertidumbre o error en encuestas y sondeos antes de unas elecciones, en el caso de los electrones la nube que estás contemplando arriba es realmente el electrón en sí.

Está en todos esos lugares… a la vez.

Han corrido ríos de tinta en debates filosóficos sobre las implicaciones de que la materia no esté bien definida (el problema del colapso de la función de onda), así que no voy ni a intentar ahondar en el debate aquí. La Naturaleza es así de extraña, no hay que intentar buscarle más explicaciones porque es posible que nunca encontremos una explicación más fundamental. En este aspecto la mecánica cuántica está muy cerca del “razonamiento de madre” frente a un crío pesado: “¿Pero por qué, pero por qué? ¡Porque sí, y punto!“.

Hasta ahora, ya hemos visto que el modelo de mini sistema solar del átomo es incorrecto en el aspecto de que los electrones siguen distribuciones de probabilidad en lugar de órbitas perfectas cual pequeños planetitas. Pero hay algo más fundamental. En un sistema solar, las posiciones de los planetas son arbitrarias, dependientes de accidentes de la historia.

En el átomo no es así: en todos los átomos de hidrógeno el electrón orbita en una distribución de probabilidad idéntica. En todos los átomos de hidrógeno del universo. Si fuera coincidencia, ¡sería la madre de todas las casualidades!. Pero obviamente no es casualidad, sino otra ley de la naturaleza, y la que da nombre a la física cuántica: la energía de un electrón no puede tener cualquier valor, sino que sólo puede dar “saltitos” de unos valores determinados.

A estos “saltitos” se les llamó “cuantos” de energía porque quedaba más serio, y así nació la mecánica cuántica a principios del siglo XX. Lo curioso es que el “tamaño” de la órbita que sigue un electrón cuando está atado a un átomo depende exclusivamente de su nivel de energía (lo que se llama el “número cuántico n”), y dentro de cada nivel energético concreto puede describir órbitas de distintas formas geométricas dependiendo de otros dos números discretos (los “números cuánticos m y “). Para hacerse una idea de qué pinta tienen estas distribuciones de probabilidad, llamadas orbitales atómicos, échale un ojo a la siguiente tabla para el caso del electrón del átomo de hidrógeno:

Orbitales del átomo de hidrógeno. Falta el caso básico (1,0,0) que sería una esfera perfecta (fuente)

Inmediatamente llegamos por fin al meollo de la cuestión del experimento de hoy: ¿para qué sirven los niveles de energía? Es un hecho que cuando un átomo tiene más de dos electrones, estos parecen “chocar” y egoístamente compiten por los niveles más bajos negándose a compartirlo los unos con los otros, con lo que si un electrón llega tarde tendrá que ocupar el siguiente hueco de energía que quede libre siguiendo una serie de complejas reglas. El mecanismo, que es la base misma de que exista la química, se llama principio de exclusión de Pauli. Aunque ponerle un nombre es algo muy distinto a conocer el por qué ocurre.

Por tanto, tenemos ya una imagen del átomo lo suficientemente verídica para el experimento que nos proponemos hacer, que no es otro que analizar la emisión de luz por parte de átomos. En concreto, de la luz que emiten las bombillas de una casa.

Y aquí tenemos que distinguir entre dos tipos radicalmente distintos de bombillas: las “antiguas” o clásicas lámparas de hilo incandescente se basan como su nombre indican en calentar mucho un hilo hasta que llega a tal temperatura que empieza a brillar. Este mecanismo se llama radiación térmica, y se caracteriza porque la “combinación de colores” que un objeto emite depende casi únicamente de su temperatura, no del material ni de la manera en que se ha calentado. Matemáticamente, la “combinación de colores” se representa mediante un espectro de emisión, una gráfica que nos dice cuanta luz se emite en cada color (o longitud de onda ( lambda ), o frecuencia: los tres conceptos son sinónimos):

Espectro de emisión según la temperatura (en grados Kelvin K). Las longitudes de onda ( lambda ) de la luz visible están entre 380 y 750nm (fuente).

Es decir: en lámparas incandescentes se emite luz en un rango continuo de longitudes de onda.

Por otro lado tenemos las lámparas de tipo fluorescentes (tubos o las más pequeñas y modernas CFL). ¡Estas son mucho más interesantes! Todas estas lámparas funcionan por el mismo principio: se hace pasar una corriente de electrones libres desde un extremo del tubo al otro, y estos electrones en su camino chocan contra átomos del vapor de mercurio que las rellena:

Lámpara fluorescente (créditos)

En cada uno de estos choques ocurre algo muy interesante: el electrón libre que venía a toda velocidad pierde la energía cinética (su “velocidad”) y se la transfiere a uno de los 80 electrones que hay en cada átomo de mercurio. Según las reglas de la mecánica cuántica, un electrón solo puede aceptar ciertas cantidades (cuantos) de energía, que coinciden precisamente con los “escalones” que tiene que escalar hacia niveles de orbitales más altos.

Se dice entonces que el electrón está “excitado”, y realmente no aguanta mucho tiempo en ese estado hasta que vuelve a caer a su hueco natural. Como la energía ni se crea ni se destruye, la energía que le sobra al caer la emite en forma de un fotón, un “paquetito de luz”, cuya longitud de onda o color depende exclusivamente del tamaño del escalón en la caída. 


La siguiente figura te ayudará a entender todo esto para el ejemplo sencillo de un átomo de hidrógeno con un sólo electrón:


Emisión del hidrógeno teórica (fuente)

Se puede predecir por tanto que un átomo que emita radiación por medio de electrones excitados sólo podrá hacerlo a unas determinadas longitudes de onda muy precisas (obviando el efecto Zeeman y otros detalles). De hecho, estas longitudes se pueden visualizar como distintos colores en el espectro visible en forma de “rayas” y caracterizan a cada elemento químico ya que dependen de la configuración de sus electrones. La siguiente foto es el espectro emitido por un gas de hidrógeno al hacerle pasar una descarga eléctrica, y se ven claramente las líneas correspondientes a los saltos 5->2, 4->2 y 3->2 (repasa el dibujo de arriba):


Emisión experimental de hidrógeno excitado (fuente)

Volviendo a nuestro caso de la lámpara fluorescente, el vapor de mercurio realmente emite principalmente en dos líneas espectrales (60% a 253.7nm y 10-20% en 185nm) que caen en el ultravioleta, y por lo tanto son invisibles a nuestros ojos. Por eso el interior de dichas lámparas va recubierto de sustancias químicas especialmente pensadas para absorber dicha radiación, que sus electrones salten varios niveles de golpe, y luego caigan poco a poco, emitiendo paquetes de radiación de menor energía (y por tanto, mayor longitud de onda) en cada saltito. Este fenómeno se llama fluorescencia y es la razón del nombre de dichas lámparas.

Dependiendo del fabricante de la lámpara fluorescente y del material de recubrimiento, el número de saltos será mayor o menor y estarán en distintas longitudes de onda, aunque para la mayoría de modelos “económicos” tienen prácticamente el mismo espectro de emisión:

Distintos tipos de bombillas y sus espectros (fuente)

Las líneas discretas que se ven en las tres lámparas fluorescentes centrales representan los distintos saltos de electrones de los que hemos hablado arriba.

El objetivo del experimento de hoy es ser capaces de ver dicho espectro para detectar las líneas espectrales de las lámparas que tengáis en casa. En un laboratorio profesional se usaría una red de difracción, básicamente una superficie fina con un patrón regular de agujeros microscópicos:

Principio de funcionamiento de una rejilla de difracción (fuente)

La distancia entre agujeros debe ser del orden de magnitud de la longitud de onda de la luz que se quiere analizar y lo que se consigue es separar la luz en sus distintos colores de una forma mucho más eficiente a como lo haría un prisma. Para detectar la separación habrá que mirar el patrón desde un ángulo que coincida con los puntos señalados como “m=1″ en el dibujo.

Como es raro que alguien tenga un patrón de difracción de laboratorio en su casa, vamos a usar algo mucho más artesanal: un CD. Incluso un CD-R (de los grabados en casa) vale, ya que aunque esté vacío vienen con una serie de surcos de ~500nm de ancho ya pregrabados:

Superficie de un CD-R virgen, donde se aprecian los microsurcos (fuente)

Al no ser agujeros sino surcos la difracción no será perfecta sino que dependerá del ángulo con el que se mire… ¡pero esto es un experimento casero, así que nos conformamos!

Lo primero que hay que hacer es quitarle la cubierta que lleve pegada en uno de sus lados. Esto debe hacerse con un cutter y con mucho cuidado para no rayarlo. Recomiendo cortar un trozo sin preocuparse y a partir de ahí ir levantándolo muy lentamente introduciendo el cutter por debajo:

Tras separar la cubierta de un trozo, procedemos a cortarlo con unas tijeras:

Y a continuación buscamos una caja de cartón y haremos una pequeña ranura en uno de los extremos, y colocaremos el trozo de CD sin cobertura de forma que haga un cierto ángulo con un rayo de luz que entre en la caja, tal que así:

El último paso recomendable es cerrar la caja con su tapa y abrir una pequeña ventana por la que poder ver el trozo de CD desde arriba. Deberás probar para averiguar el ángulo de refracción correcto. También hay otras posibles configuraciones (con el CD paralelo a la abertura y el visor en la otra punta, etc…): prueba y descubre la que te parezca más cómoda.

Tras todo esto, ya podemos iluminar la caja a través de la ranura con el tipo de luz a analizar y podremos ver su espectro a través de la ventana. Primero os muestro lo que se ve con una lámpara incandescente (¡¡perdón por la calidad de esta imagen!!):

Como era de esperar, se ve un espectro continuo, lo que corresponde al tipo de emisión térmico.

Pero si ahora enfocamos una lámpara fluorescente hacia nuestro rudimentario analizador, veremos esta preciosa imagen:

Cada una de esas líneas representa los saltos discretos de los electrones de la cubierta del tubo fluorescente. Compáralos con los espectros de bombillas de distintas marcas que mostré arriba y verás como son idénticos.
Reconozco que el artículo se me ha ido de las manos de largo, pero si has sido capaz de aguantar leyendo hasta aquí, estoy seguro de que coincidirás conmigo en que…

¡¡esas rayitas tan tontas son la verificación palpable de que el mundo está hecho de átomos que se rigen por las reglas de la mecánica cuántica!!.

La física puede ser maravillosa, ¿o no? ;-)

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Publicado en: Física
55 comentarios sobre “Experimento casero: Verifica la teoría atómica y la mecánica cuántica
  1. Zagon dice:

    Sinceramente, maravilloso.

    Me ha encantado leer la entrada. Estudio Ingeniería Industrial, y he estudiado todo esto en diferentes asignaturas, pero siempre es fantástico recordar la teoría atómica.

    Está explicado de una forma sencilla y asequible, ¡enhorabuena! Ojala muchos profesores aprendieran que la clave del éxito es despertar la imaginación y la curiosidad, antes que memorizar un sinfín de fórmulas (necesarias, claro está) sin volver la vista atrás para mirar todo de una forma más clara.

    De nuevo, gracias por la entrada.

  2. leitzaran dice:

    Para no tener ni una fórmula lo has bordado. Enhorabuena, es muy instructivo.

  3. Fjp dice:

    Fantástico artículo!!.
    Enhorabuena, me ha encantado.

  4. Gracias…, por transmitir tu entusiasmo :)

  5. Cerdo dice:

    “El hecho es que un electrón es en realidad un ente difuso, extremadamente pequeño pero que no está en ningún sitio concreto…” Un poco inexacto, ¿no? El electrón NO está en todo el orbital a la vez, lo que pasa es que su posición dentro de dicho orbital no es experimentalmente accesible. Que el electrón sea un ente, como tú pones, difuso, no es compatible con que un electrón aislado tenga Factor de Forma = 1.

  6. Javiere dice:

    Muy grande, sí señor, podías haberlo hecho en pocas líneas pero se nota tu entusiasmo y pasión por la materia.

  7. EDUARDOLALLA dice:

    Muy buen ejemplo y simple – Me parece bárbaro

  8. Alberto dice:

    Cerdo, docenas de fisicos mucho mas expertos que tu y que yo han discutido durante decenios sobre la frase que tu dices con tanta seguridad (“El electrón NO está en todo el orbital a la vez, lo que pasa es que su posición dentro de dicho orbital no es experimentalmente accesible”) y no han llegado a un acuerdo. Solo comento que esa es TU OPINION, y que vale lo que vale una opinion, ya se sabe. Einstein estaria de acuerdo contigo, Bohr no. Estadisticamente, la mayor parte de los fisicos modernos que trabajan en el tema estan con Bohr y contra Einstein en esto (contra ti tambien, lo siento!).

  9. Gabriell dice:

    Me encanta la física cuántica y es uno de los primeros experimentos que veo que es sencillo de llevar a cabo y efectivamente ayuda a comprender cómo funciona el mundo físico en el que vivimos. ¡Enhorabuena!

  10. Jose Luis dice:

    ¡Gracias, me alegra la acogida que le habéis dado!

    @Cerdo: Como te dicen abajo, no es un debate cerrado ni mucho menos el del “problema de la medida” o del colapso de la función de onda. Hay versiones incluso bastantes particulares como la que sostiene Penrose (que la gravedad juega un papel clave en dicho colapso), pero la mayoría de las “escuelas de pensamiento” se dividen entre asignar existencia real a la función de onda o pensar que existen infinitos universos paralelos (o algo similar) y que el electrón es un punto que existe en cada uno de ellos en posiciones distintas.

    Yo personalmente, me inclino más porque las funciones de onda tengan existencia física real. Sino, ¿qué otra explicación tiene el experimento de la doble rejilla con electrones disparados de uno en uno?

    @Alberto: Al leer tu respuesta al principio me asusté: ¿Por qué entra insultando este hombre? XD

  11. Muy buena la entrada :) Ya te contaré cuando haga el experimento esta tarde en casa jeje Estoy leyendo un libro y comentan que hay muchos experimentos de este tipo que se pueden hacer fácilmente. Gracias por tu idea!!!

    Por cierto, al final sí que has puesto alguna que otra formulita jejejeje :P

  12. Pherkad dice:

    Sí, es cierto que la entrada es larga, pero qué más da: es magnífica y con un precioso desenlace. Así da gusto. Felicidades !!!

  13. Visca dice:

    Yo debo ser el único que sigue sin entender la mecánica cuántica.

    Yo no entiendo como una “cosa” puede estar en varios lugares a la vez (en este caso, el electrón) y el razonamiento con el que lo justificas es el “razonamiento de madre”.

    Bueno, ahí va mi pregunta ¿como sabéis que simplemente el electrón no cambia de lugar muy rápidamente, a una velocidad imposible de medir/percibir?

    Supongamos que es eso, que va a una velocidad superior a la de la luz, entonces podría verse en 2 lugares a la vez… Si no tengo entendido mal, esto serian “saltos en el tiempo”, que explicaría la capacidad de estar en varios lugares a la vez. Aunque seria solo a nivel de percepción, ya que en realidad habría estado en un lugar en un momento y en otro momento (que a nosotros nos parecería el mismo) en otro lugar.

    Razonamiento de madre… lo siento, no me acaba de servir. Es posible que no haya una explicación mas clara (si ya se supiera todo no habría científicos XD), pero no me acaba de entrar en la cabeza el razonamiento: Estar en mas de un lugar a la vez = porque si. No digo que no se pueda, solo que debe ocurrir algo.

    Desde un punto de vista de un perro, llueve “por que si”, pero nosotros sabemos el proceso, creo que lo mismo ocurre con la mecánica cuántica. Que sucede, pero no cómo.

    Por supuesto, lo que yo diga tiene poco valor, no tengo ningún/a conocimiento/formación físico/a avanzado. No trato de rebatir, solo pregunto “¿por que?” y “por que porque si?”.

    PD: releo y releo, escribo y releo, esta vez desde el principio, veo que el post solo trata sobre [b]verificar[/b] la existencia de la mecanica cuantica, para ello si me ha servido el post. Si la respuesta a todo esto es “no lo sabes tu, y no lo sabe nadie con certeza ni aproximadamente” yo me doy por satisfecho y perdón por llenarte los comentarios con algo tan largo y no relacionado XD. Pero lo publico porque me sabe mal escribir tanto para nada, lo borras si quieres.

    Saludos,

  14. Jose Luis dice:

    Hola Visca,

    ¡Está bien que te cuestiones todo! :-)

    A ver, lo que digo de “razonamiento de madre” hay que tomarlo como lo que es: que eso lo digo solo a nivel de un blog de divulgación, donde no quiero entrar en temas en los que todos los físicos coincidan. Por ejemplo, cuando digo que el electrón no tiene estructura interna, eso es cierto… a menos que la teoría de cuerdas resulte cierta, y entonces los electrones son… bueno, una cosa muy extraña en 11 o 12 dimensiones. Pero como no todos los físicos creen que eso sea cierto, no quería ni mencionarlo.

    Sobre lo de que el electrón esté en varios sitios a la vez: le he dado muchas vueltas, y he llegado a la conclusión (no opinión, sino fundado en hechos) de que realmente es así por raro que parezca, y el electrón está en varios sitios a la vez.

    Te aconsejo que busques el experimento de la doble rendija, es un clásico, cualquier texto divulgativo de física cuántica lo mencionará. Pues bien, si ese experimento se repite con electrones, disparados DE UNO EN UNO, al final aparece un patrón de difracción de ondas interfirientes constructivas y destructivas, y la únicas explicaciones posibles son:

    1) Que cada electrón SABE lo que va a pasar en el futuro y de alguna forma se hace interferencias con los electrones futuros (no me lo creo muy posible!)

    2) Que cada electrón SEA realmente una onda que ocupa bastante espacio y que PASA POR LAS DOS RENDIJAS a la vez, y se hace interferencia consigo mismo.

    Yo solo veo realista la opcion 2, así que por eso digo que hay que aceptar la realidad, por extraña que se nos presente :-)

    Saludos!

  15. Adib dice:

    Belleza y sabiduria. Unos cuantos apasionados como tu y la crisis economica seria un pasado.

  16. Cristian dice:

    Experimento muy vistoso, gran artículo, sigue así!

  17. Xoco dice:

    Espectacular este post, enhorabuena.

    Respecto a la indeterminación cuántica no creo que una partícula/onda pueda estar en varios sitios a la vez, creo que como onda puede ocupar más espacio y así como una ola podría atravesar varias ranuras en una piscina creando un patrón de interferencia, como onda igual.

    Al molestar en la observación, aunque lo hagamos mediante fotones atenuados, entonces provocamos el colapso de la onda concentrándola en partícula, pero creo que cuando no estamos observando los electrones tienen posiciones fijas determinadas.

    Digamos que si tuviésemos una cámara super slow motion, donde cada fotograma fuese por ejemplo del tiempo de Planck (si eso es posible claro), y no molestásemos en la observación, entonces veríamos como esas partículas/onda siguen órbitas (estándares o no) alrededor del núcleo del átomo.

    Pero bueno, es una opinión más…

  18. egolastra dice:

    MA-RA-VI-LLO-SA.

    Gracias por compartirlo. Saludos.

  19. matiasvd dice:

    Buen post.
    Voy a intentar el experimento a ver qué sale.

  20. Unknown dice:

    Xoco,
    “cuando no estamos observando, los electrones tienen posiciones fijas determinadas.”
    ¿Cómo lo sabes, si no estàs observando?.
    La fìsica cuántica se convierte en metafísica cuando mezclamos al observador (o instrumento medidor o lo que sea que utilicemos para “ver” al electrón). Lo realmente intrigante es que si bien en el mundo macroscópico las cosas “son como son” aunque no las miremos, en el mundo subatómico las cosas “son como son” porque las miramos.
    Yo tampoco lo entiendo…

  21. Xoco dice:

    ¿Cómo sabes si tu madre está en casa antes de entrar por la puerta? o ¿cómo sabes si hay una BigMac dentro de la caja antes de abrirla? pues es lo mismo. Si tienes un líquido opaco con un pequeño objeto dentro, sólo sabrás si está metiendo la mano y, dependiendo de la mano que tengas, el pequeño objeto ya no estará donde estaba cuando lo toques debido a la influencia de las ondas. ¿O te crees que los electrones van dando tumbos como si estuviesen borrachos cuando no los vemos?

    La física cuántica se convierte en metafísica cuando el observador tiene un interés en que sea así, ya sea para reforzar o para ser la base principal de cualquier teoría espiritual new age principalmente. En el mundo subatómico las cosas “son como son” aunque no las miremos y, dependiendo de la intrusión en la observación, serán como eran antes de mirarlas o no. La prueba es que llevábamos 13.000 millones de años sin mirar nada y el mundo subatómico iba a lo suyo.

  22. Muy interesante y buen tema… haré el experimento en cuanto pueda.

    Aunque xoco tenga buen merito al mezclar al “Observador”… creo eso viene de la mano con Experimento de Young.

    Aunque yo aun me voy mas por la teoría de las cuerdas… es una batalla que no tendrá solución.

  23. Monca dice:

    Vaya, me encantó. Realmente me sirvió de mucho, soy de tercero de secundaria acá en Puebla, México; y debo decir que esta entrada me ah ayudado de buena forma. Sí que es “Ciencia explicada” Muy bien, gracias por compartirnos un poco de física de buena mano, e informo que continuaré leyendo entradas por mero placer. Muchisimas gracias, saludos.

  24. jppena dice:

    En primer lugar, enhorabuena por este trabajo. En segundo lugar, como todo aficionado a la física, le he dado muchas vueltas al problema de la deslocalización de partículas cuánticas y a la teoría de la medida cuántica, que tienen mucho que ver. Y yo me inclino (una mera opinión poco ilustrada) en una explicación multidimensional. El problema cuando pensamos en dimensiones superiores a 3 (o a 4 si incluimos el tiempo), es que nuestra mente es incapaz de darle interpretación física a esas dimensiones. Podemos hacernos una idea de lo que ocurre si imaginamos a un ser de 2 dimensiones que vive encima de una superficie arbitraria. Podemos imaginar muchos fenómenos tridimensionales, como un simple objeto moviéndose, que nuestro ser sólo percibiría cuando atravesasen su superficie, y no entendería de dónde sale ni a dónde va. Pues nosotros podemos estar viendo fenómenos de un espacio multidimensional (las matemáticas de la Mecánica Cuántica así lo dicen, que para ellas no hay límite de dimensiones) pero sólo vemos la proyección de esas dimensiones sobre nuestro espacio 3 ó 4 dimensional. Vale, esto puede sonar como los dioses de cualquier religión, seres indemostrables que sirven para explicar todo lo que no somos capaces de explicar de otra forma, pero a mi favor juegan esas matemáticas multidimensionales (de hecho, infinito-dimensionales) que sí parecen describir bien todos los experimentos.

    • En Josep dice:

      La medición de intervalos (tiempo) es una dimensión creada por el hombre para nuestra organización y sobre todo útil en ciencia, pero no es una dimensión espacial ni una dimensión como tal.

  25. Felipe dice:

    Magistral. Por fin he entendido la mecánica cuántica (lo más elemental al menos)

  26. Anonymous dice:

    Decir que algo se ha entendido en MC es mucho afirmar. Ni profesores en mi carrera (Física) admiten entenderla.

  27. Txema dice:

    Lo bonito que es hacer fácil lo que parece (y es) complejo…. Muchas gracias por este trabajazo.

  28. Charlie dice:

    Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood it (N. Bohr) ;)

    Igual, por suerte hicimos un experimento parecido en la clase de física en el colegio. Me re acuerdo que en el momento lo entendía todo y me sentía un genio; ahora, si me piden explicar la teoria..hmmm jajaja no puedo!!
    “recuerdos”… :’)

  29. Anonymous dice:

    ¡Fantástico!¡Excelente artículo!
    Lo he probado en casa con un trozo de CD-R usado en el fondo de una caja de galletas, abriendo una ranura arriba y un ventanuco abajo para ver los colores.

    Y lo mejor es que ni siquiera me ha hecho falta quitarle la cubierta -lo intenté pero no hacía más que rallar el plástico con el cutter-. Simplemente corté un trozo de CD con cubierta y todo, y ví perfectamente los reflejos de colores, un espectro contínuo para una bombilla de filamento y un espectro de varias líneas para una bombilla fluorescente.

  30. Anonymous dice:

    No tengo reproche alguno científicamente hablando. Sólo corregirte cuando hablas de manejar el cutter con tacto, “para no rallarlo”.

    “Rallarlo” es decisión de uno, si lo quiere añadir a la pasta para tostar al grill.

    “Rayarlo” es marcarlo con rayas, que supongo que es lo que querías decir.

  31. Carlos dice:

    ESTA GENIAL EL EXPERIMENTO UNA FORMA FACIL Y ELEGANTE DE OBSERVAR EL FENOMENO, LO QUE DE PLANO NO ME GUSTO PARA NADA FUE TU FRASE “La Naturaleza es así de extraña, no hay que intentar buscarle más explicaciones porque es posible que nunca encontremos una explicación más fundamental” PORQUE VALLA HOMBRE QUE CLASE DE PENSAMIENTO ES ESE ME SUENA MAS A RELIGIOSO QUE A CIENTIFICO, LA CIENCIA NUNCA HACE ACTOS DE FE Y SI NO HUBIESE PERSONAS QUE QUISIERAN CUESTIONAR TODO NOS QUEDARIAMOS CON LA IMAGEN DE UN MINI SISTEMA SOLAR EN LUGAR DE LO QUE AHORA YA SABEMOS, SI ES DIFICIL PERO SI SEGUIMOS CUESTIONANDO MAS SEGURO ENCONTRAREMOS MAS EXPLICACIONES Y BUENO SI NUNCA PARAMOS DE ENCONTRAR PREGUNTAS, ESO ES LO BELLO DE LA CIENCIA PERO AL FINAL SIEMPRE SABREMOS UN POCO MAS DE COMO FUNCIONA ESTE UNIVERSO

  32. Anonymous dice:

    No soy físico, por lo que puedo estar equivocado y planteando una teoría ya refutada.

    Mi teoría para explicar que un electrón pueda estar aparentemente en varios sitios simultáneamente o el efecto de la doble rejilla: A nivel cuántico no existe el tiempo, o no interactua en el mundo subatómico como lo hace en el mundo macroscópico.

    • En Josep dice:

      Tú lo has dicho: “aparentemente”, pero NO está simultáneamente en varios sitios como intentan hacer creer documentales pseudo-científicos como “¿Y tú qué sabes?” para divulgar creencias casi espirituales.

      Y el tiempo SÍ existe a nivel microscópico.

  33. Alethia dice:

    Güay!!, me sirvió de mucho

  34. Gracias por el artículo. ¡Dan ganas de probarlo!

    ¿Por qué “indeterminación” y no “incertidumbre”?

    Donde dice “La distancia entre agujeros debe ser del orden de magnitud de la luz” debería ser “…del orden de la longitud de onda de la luz”

    • José Luis dice:

      Gracias Luis…tras tanto tiempo y esa errata había pasado desapercibida :-)

      Lo de “indeterminación” es porque la palabra “incertidumbre” lleva connotaciones de que el aspecto probabilístico es culpa únicamente de nuestro *desconocimiento*, mientras que según parece, las particulas realmente no es que estén en un sitio y no lo sepamos, sino que su posición/momento no está *determinado*, a nivel físico.

      Un saludo.

  35. Ah, ya veo. Lo que su posición y momento no están determinados ¿es por la interferencia de amplitudes? (Quiero decir como en el experimento de las dos rendijas, el electrón “pasa” por las dos a la vez). ¿O hay alguna otra razón más sutil?

  36. Es excelente a mi me gusta mucho este tipo de cosas y se nota que esta muy bien elaborado mas que bueno excelente es la mejor información y el mejor experimento ._.”!

  37. Anonymous dice:

    TE FELICITO,ME AYUDO MUCHO TU EXPLICACIÓN
    Estoy intentado hacer el experimento,
    se me complica la posiciones del pedazo de CD
    y la luz ¿me podrías ayudar?

  38. Urbek dice:

    Es metafísicamente imposible que algo esté “en varios sitios a la vez” como se está afirmando aquí repetidamente. Desgraciadamente hay demasiados buenos físicos a los que su desprecio por “las letras” les ha llevado a ser verdaderos analfabetos en filosofía y a inventar delirantes interpretaciones de los resultados de sus ecuaciones; como si las complejas (literalmente) soluciones de la ec. de Schrödinger fuesen no un artificio matemático del que hay que extraer las propiedades de los entes físicos sino un ente físico en sí mismo.

    • José Luis dice:

      Hola Urbek,

      1) Experimentos clásicos como el de doble rendija o cualquier otro que involucre patrones de interferencias sólo se explican correctamente modelando la materia como “ondas”.

      2) Las partículas luego se “materializan” (colapso de la función) dependiendo de esa función como sabes.

      3) ¿Qué alternativa hay a pensar que la materia es una “onda”, extendida a lo largo del espacio? Recuerda: si la onda no estuviese en varios sitios a la vez no existiría interferencia.

      4) ¿Son cosas distintas la “materia” de las “funciones de onda”? Creo que no, pero aquí podría entender que haya hueco para mucha más filosofía. En cualquier caso, las funciones de onda ya están ahí, y creo es indiscutible que están en “varios sitios a la vez”.

      PD: Aunque lo del desprecio por “las letras” va dedicado a los “buenos físicos” no me doy por aludido, pero ¿no crees que generalizas un poco?

    • Xoco dice:

      Creo que Urbek no se ha expresado bien, es decir, todos sabemos que existen campos energéticos, los cuales están formados por una o varias partículas elementales. Cuando una partícula es lanzada para realizar un experimento, entonces el campo asociado a ella viaja alrededor de la partícula y decimos que se comporta como onda, aunque en realidad es el campo energético que rodea a la partícula cuya forma variará según la velocidad a la que ésta sea lanzada (será más redondo u ovalado). Está confirmado el campo de Higgs pero todavía no está confirmado esté compuesto por un solo bosón, ya que solo se ha llegado a una confirmación de Sigma 2.9 confirmando un exceso de eventos en el intervalo alrededor de los 126 GeV, lejos de un Sigma 5.

      Lo que creo que quiere expresar Urbek es que, obviamente, un campo no puede estar en dos sitios a la vez, el campo/onda está en un solo lugar al mismo tiempo pero ocupando un espacio mayor que el de la propia partícula que genera el campo, de ahí que pueda atravesar varias rendijas.

      Pienso que, como muchos, Urbek está en contra de la interpretación ignorante o malintencionada que se da al principio de incertidumbre, en muchos casos para confundir a los incautos y ganar dinero a costa de ellos.

      O sea, que quede claro que, ni una partícula ni un campo pueden estar en dos sitios a la vez.

  39. Anonymous dice:

    Hola, excelente discusión. Habría que definir:
    - ¿qué significa “estar” en física cuántica?
    - ¿se puede decir que un objeto de la física “es” una partícula o “es” una onda?
    La postura epistemológica tradicional dice que la física dejó de lado la pretensión de decir “qué” son las cosas (qué es la luz, qué es un electrón), para pasar a utilizar ecuaciones matemáticas abstractas más un “principio de correspondencia” de tal forma que se asocien las fórmulas matemáticas con los resultados de mediciones (observables). Este es un punto de vista pragmático, abstracto, que es operacionalmente fructífero. Y no da lugar a discusiones metafísicas: se abandona la pretensión metafísica de decir “qué” son las cosas, para pasar a usar matemática para predecir experimentos. Se lo enseña en las universidades siguiendo las prescripciones del empirismo lógico (o concepción heredada, Círculo de Viena, postivismo lógico). Funciona para lo que la física necesita en una etapa no revolucionaria de “ciencia normal”: describir resultados obtenidos, justificar algunas de las cosas más importantes, hacer algún número importante de predicciones, particularmente en química. Esto se ha hecho en forma impecable en casi 100 años. Si alguien tiene una postura epistemológica distinta a esta, debe replantear todo de nuevo desde el principio. El uso de supersimetrias en problemas de pequeñas escalas, puede conducir a un cambio en este enfoque, aunque su complejidad es tal que aún en caso de lograglo será muy difícil llevarlo a un lenguaje o formalismo accesible a estudiantes de química o física. Veremos…

  40. Federico Pereira dice:

    Interesantes experimentos. Pero me vais a permitir una reflexión, que tras leer infinidad de teorías de la física cuántica, por expertos y aficionados, (yo soy un aficionado), llegamos a la conclusión que la Realidad (en mayúsculas) no existe. Solo existen realidades parciales; conocemos cada vez más en detalle el como, el cuando de cosas muy cocretas y hasta podemos saber el porqué deduciéndolo de las dos cualidades primeras.
    Pero ahí viene el dilema: la mecánica cuántica se introduce en un ámbito que va más allá de nuestro entendimiento y razón. Podremos observar fenómenos y entender “como”, podremos predecir “cuando”, pero jamás sabremos “PORQUË”.
    Supongamos que tenemos un sueño cierta noche. En este sueño, y eso ocurre a menudo, soñamos que estamos en un lugar y al mismo tiempo en otro, que vemos a un amigo que al mismo tiempo es otra persona, o que caemos de la cama o en una catarata simultáneamente.
    Bien, dentro de este sueño no existe contradicción; todo es posible. Y dentro de este mismo sueño jamás nos preguntamos porqué podemos estar en dos lugares a la vez. La respuesta sería PORQUE SÏ.
    ¿No podría ser que nuestra realidad cotidiana fuera eso, un simple sueño a otra escala incomprensible, y que únicamente podemos entender ciertas leyes, pero jamás el porqué de ellas?.
    Perdonad si me he alejado un tanto de la física, y me he metido en disquisiciones filosóficas; pero es que el tema cuántico me apasiona aunque mi conocimiento físico-matemático lo tengo a nivel de ingeniería técnica.
    Gracias por vuestra paciencia… y perdón.

  41. Peter dice:

    Podría ser el electrón algo así como “una nube” de materia, que al ser pequeñísima, puntual, desde nuestra concepción, realmente ocupara un volumen y de ese modo se explicaría el fenómeno de la doble rendija, y que ademas esa “nube” no fuera variable en su forma, claro, que solo es una suposición.

  42. javier Paoli dice:

    El arco iris no funciona igual? Nunca pude hacer el experimento de la doble rendija estoy frustrado alguien me puede ayudar? gracias

  43. 5010100 dice:

    Hola:
    Yo tengo fotos con las que realice de tu experimento propuesto, pero sin destrozar el disco, osea que esta completo, además tapamos el orificio con un disco negro en el centro y la fuente de luz atras, se forma un espectro continuo de luz, si gustas te las envio por correo.
    Saludos y me encanto el articulo publicado.

  44. Roger dice:

    Buenas! Una cosa importante que no veo que hayas puesto en el post, el angulo de inclinación del trozo de CD. Creo que seria interesante descubrir el angulo optimo. Yo ya he construido el mio.
    Muy buen post por lo demás me ha encantado.

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