A todo taringuero interesado, fánatico de la física mal explicada, ociosos varios dispuestos a malgastar su valioso tiempo y demás ciber-científcos; tengo que decirles lo siguiente: Hierba mala nunca muere (?) No es cierto: He vuelto. Esta vez no con partículas, sino con algo mucho interesante para nuestro bolsillo como es distinguir entre bombas reales y bombas falsas. No estoy loco.
Lectores atentos, mis ganas de dedicarle un post a la mecánica cuántica eran y son sumamente grandes desde hace un par de semanas; pero no de la cuántica buena. Acá no se va a decir nada sobre efectos fotoeléctricos, radiaciones de un cuerpo oscuro, estados cuánticos, matrices, observadores, sistemas o gatos. Pero, claro, antes de decir cualquier barbaridad que te haga perder el tiempo, el aviso de siempre:
- Spameros, incitadores de forobardo, trolls y toda la maraña de "graciosos" no están permitidos aquí. Cualquier cosa que yo considere entre estas definiciones será borrada y el usuario bloqueado. Hay muchas páginas en internet en las que pueden provocar ese tipo de situaciones.
- Interesados en el tema, los asuntos que voy a tratar aquí no son de un nivel más avanzado, aunque sí algo ajeno a la cotidianeidad y por lo tanto abstracto por el lado en que se mire. "Pequeñas" barbaridades o cuestiones meramente anti-intuitivas seguramente vas a encontrar, a menos que sepas un poco de cuántica, aunque de todas formas estás avisado. Sus preguntas y dudas serán bienvenidas y trataré de responderles dentro de lo que entiendo de éste asunto. Igualmente les indico que no soy profesor, con lo cual están advertidos si lo que digo los confunde más, y en ese caso les pido disculpas; no tengo ningún título que respalde lo que voy a decir (por ahora), así que quizás diga una tremenda abominación que pueden provocar sudoración extrema, calambres, frío intenso, insomnio, constipación, perdida de pelo en las cejas e ira asesina en 'Los Elegidos' del tema, quiero decir, aquellos que ya saben sobre el asunto; y por último no puedo contestar cosas muy ajenas a éstos asuntos, ya que mi ignorancia tiende a infinito en este campo (una vez más, por ahora... O eso espero)
- Este post está enfocado a un público más bien novato, pero cualquiera puede aprender de él. Por raro que parezca no habrá matemática escondida dentro de estos asuntos, pero a cambio de ello encontraré la forma de hacerte pensar tanto o más que si de verdad las hubiese. Igualmente no hay de que preocuparse: las explicaciones serán tanto simples como rigurosas. Además de eso, como baso mi trabajo en lo más simple de la web, no voy a evitar hacer las mismas simplificaciones o peores que allí hacen; de modo que si buscas rigor y nivel, ¡que tengas un buen día y que la puerta no te dé en el culo cuando salgas!
- Tengo un sentido del humor que puede molestarles que no voy a evitar colocar en este post. No puedo hacer nada para satisfacerlos en ese caso, así que lo más recomendable es que salgan del mismo en cuanto su paciencia se agote.
Dicho todo esto, adoptá una posición cómoda, agarrá comida, cerrá los ojos, respirá fuerte y, fundamental, preparate para escuchar barbaridades.
Hoy no habrá nada de eso por acá.
Para ir entrando en calor voy a contarte un poco sobre lo que está sucediendo en este instante. Vos, mi querido lector, decidiste que lo tuyo era vivir con plata en el bolsillo y por eso te decidiste a seguir con el sueño de tu vida y el de muchos otros: ser un caza-recompensas. El asunto es que como todo buen caza-recompensas tuviste que entrometerte en los intereses de los dueños de las grandes industrias. Realizando un exhaustivo análisis, llegaste a una importantísima conclusión: Lo que todo magnate busca no es más dinero o fama. Lo que de verdad importa es tener en posesión una bomba. Pero no cualquier bomba: Una bomba real. Qué no estoy loco.
El asunto es, en parte, complicado. No sos el único avispado que se dió cuenta de todo esto, sino que estás compitiendo con otros caza-recompensas de gran renombre. ¿Pero que importa eso? Presumo que al estar leyendo estas líneas serás un verdadero fanático no solo de la física mal explicada, si no también de la verdadera Inteligencia Colectiva. ¿Qué significa eso? Pues, claro, que estás más que preparado como para hacerle frente a los otros caza-recompensas. O eso sería si no estuvieras entrometido en el grave problema en que estás metido.
Resulta que gracias a tu ingenio, lograste convertirte en el primer "productor" de bombas reales. Pero, claro, ese es un negocio muy sucio. Digo sucio porque tu misma competencia te tendió una trampa: No me preguntes cómo, pero llegaron a atraparte y a soltarte en un oscuro y hostil ambiente, el cual es nada más y nada menos que una sótano lleno de bombas. Claro que el problema no es estar encerrado realmente, ni siquiera sabiendo que podés morir con dar un paso. El problema es más grave aún: Encontraste una mina de oro, es decir, de bombas y no las puedes vender. ¿Porqué? Porque Para vender una bomba tienes que cercenarte que la misma es real, y en ese húmedo sótano hay tanto bombas falsas como reales.
Al estar tanto tiempo trabajando con las bombas, supongo que sabrás cómo diferenciar una bomba real de una bomba falsa, pero sólo por hacerte perder tiempo te lo diré: Una bomba real explota a la vez que le llega un fotón. La bomba falsa, en cambio, no lo hace. Insultaré tu inteligencia una vez más: Podrías distinguir una bomba real de una bomba falsa con solo mirarla, pero al hacerlo necesitarías fotones y, bueno, al final del proceso habrías descubierto las bombas reales no por verlas sino porque ya explotaron. ¿Qué se puede hacer?
Cómo verás, la historia fue una vil mentira . No estás ganando plata comerciando bombas. Pero, claro, todavía existe la posibilidad de que lo hagas en el futuro. Y también existe la posibilidad de que te tiendan esa misma trampa y que no sepas como resolver ese problema. Así que hoy, querido lector, te diré dos cosas. Primero: No, no estoy loco. Segundo: Te enseñaré como detectar bombas reales, así estás "prevenido".
Antes de decir cualquier cosa, tengo que aclararte lo siguiente: Si la mecánica Newtoniana estuviera bien, éste problema no podría resolverse. Cómo dentro de poco sabrás que en realidad si tiene solución, espero que sea para vos la prueba suficiente y necesaria como para que te quede en claro que la mecánica cuántica no es una teoría más. De hecho es la más importante que tenemos. En fin:
Lo primero que necesitamos hacer es construir un aparatejo un tanto extraño. En primer lugar, es neceario disponer de un laser común y corriente, como esos que son horribles en cuanto a calidad y que los venden por cualquier lado . En segundo lugar, necesitamos una superficie semiespejada. ¿Qué es eso? Muy simple: Una lámina de vidrio, la cual tiene en uno de sus lados una fina capa de aluminio pegada. La función de esto es también muy sencilla: La capa de aluminio tiene el grosor adecuado para que la mitad de la luz que recibe sea transmitida, y la mitad reflejada, o dicho en cuántico: Que cada fotón tenga un 50% de probabilidades de ser reflejado porla superficie y un 50% de probabilidades de traspasarla. Como sospecho que no se entendió nada, una imagen para aclarar:
Acá lo gris es el espejo y lo celeste el aluminio. Igualmente no te guíes mucho por eso porque dentro de poco se van a confundir todos los colores y se arma un verdadero desastre. El punto es que nuestro aparato no está construido todavía, pero antes de seguir explicándote, tengo que hacer un punto y aparte para hablar sobre ondas:
Supongamos una onda cualquiera, por ejemplo una onda de luz. Cuando la onda llega hacia una superficie y es reflejada por ella, la onda "se invierte". Cuando la onda traspasa esa superficie, "la onda está igual". Veamos un par de imágenes.
La onda que dice "antes" es cómo sale del láser y también cómo queda cuando traspasa el vidrio. La onda que dice "después" es cómo queda la onda cuando ha sido reflejada. Creo que no hay mucha complejidad para comprender esto, pero sí es importantísimo para comprender el funcionamiento del aparato. ¿Porqué? Porque las ondas tienen una particularidad que las distingue de las partículas. Si dos ondas se encuentran en un lugar determinado y una va "bien" y la otra va "invertida" lo que pasa es ésto:
Eso se llama interferencia destructiva y el resultado claro que no es una línea. Es oscuridad. Ahí es como si no llegase la luz. Ahora bien, si en ese lugar se encontrasen dos ondas "invertidas" o dos ondas "normales" la cosa es distinta:
Eso se llama interferencia constructiva y da como resultado un aumento de la intensidad de la onda, pero para nosotros es más simple que eso: Ahí sigue habiendo luz. Como dijimos que la onda "se invertía" cuando era reflejada. Como no dijimos, la onda que traspasa la superficie también es alterada, pero esas alteraciones no son de suma importancia para entender todo lo que estamos armando, así que simplemente vamos a decir que ese haz de luz sufrió una variación "del vidrio" por haber, claro, pasado por él. La cosa quedaría así:
Antes de proseguir con la creación de este aparato, tengo que decir una pequeña gran cosilla; cosa que puede ser una estupidez para alguien o súper revelador para otro, y que, obviamente, tiene que quedar muy en claro: Cuando una onda es "invertida dos veces", es como si no la hubieran invertido nunca. Vuelve a ser "igual que antes". Ahora bien, combinemos eso que sabemos con los dos nuevos espejos que vamos agregar. Adhiero, además, que estos dos espejos no tienen absolutamente nada de aluminio (no son superficies semiespejadas) y que, obviamente, van a reflejar toda la luz que llegue a ellos. Por último, vamos a agregar una superficie semiespejada una vez más, así el experimento cobra sentido. Cómo una imagen vale más que mil palabras, aquí tienes una muestra de cómo está quedando todo esto:
Y acá la cosa se vuelve interesante. Como sabes, tanto el haz superior como el haz inferior se van a dividir como sucedió en el primer paso de nuestro loco experimento. Tomemos en primer lugar al haz inferior y veamos qué es lo que pasa: El haz venía siendo INV + VID. Sabemos que una mitad "pasará derecho" por la superficie, obreniendo una transformación VID adicional. En otras palabras, ahora será así: INV + 2VID. EL otro haz de luz será reflejado. Ya que al reflejar una onda la invertimos, y sabiendo que la onda ya estaba invertida y además que invertirla dos veces era "dejarla como estaba" tenemos que ese haz de luz será así: VID. Aquí tienes una imagen:
En cuanto al haz superior, tenemos que una mitad de sí traspasará normalmente la superficie semiespejada, obteniendo consigo una modificación VID simplemente. La otra mitad logra algo un poco complicado tanto de entender como de explicar, pero eso no significa que no lo vaya a hacer.
Como verás, yo dije antes que "cuando un haz de luz es reflejado, se invierte". Fundamentalmente, eso está incompleto. Lo que sucede aquí involucra otras cosas; cosas complicadas y aburridas Me explico:
Tenemos que tener en cuenta tres materiales: En primer lugar, el aire. En segundo lugar, el vidrio. Y por último, pero no por ello menos importante, el aluminio. ¿Qué tienen estos tres materiales? Pues, para lo que a nosotros nos importa, un índice de refracción propio ya determinado. El índice de refracción vendría a ser algo como una "constante de dilatación"; es decir, un valor especial ya determinado por el material (Es decir que no influye para nada el tiempo atmosférico, nuestro humor o el valor de otros materiales).
Esta constante propia de cada material vendría a determinar cómo se va a dar la refracción o reflexión de una onda si es que una onda es refractada o reflejada por ese medio. Vamos, si se invierte o si no se invierte. Esa determianción no es absoluta, sino que depende de los otros materiales. ¿Cómo? Pues, bastante sencillo: Si tenemos que la onda viaja por el aire y tiene que ser reflejada por al aluminio para luego pasar por el vidrio, entonces esa onda tiene que invertirse. ¿Porqué? Pues, porque pasa de un medio de poco índice de refracción (el aire) a otro de mayor índice (el vidrio). ¿Y si es al revés? Pues, entonces tendríamos una onda que pasa de un medio con "mayor" índice de refracción a otro con "menor" índice. En otras palabras, la onda no se invierte.
Siento que no se ha entendido nada, así que seré conciso: Si una onda viaja por un medio cualquiera y pasa a otro con un índice de refracción mayor, entonces la onda se invierte. Si la cosa es al revés, entonces la onda no se invierte.
Sin dudas mi explicación es muy pobre, pero por el momento alcanza y sobra. Ahora bien, teníamos una "mitad de haz" que pasaba por el vidrio (recuerda que ese material está representado por el color gris para las superficie semiespejadas), se reflejaba en el aluminio y, tras pasar otra vez por el vidrio, terminaba pasando al aire para, bueno, seguir con su camino. ¿Te das cuenta qué le pasará a ese haz de luz? Creo que sí, pero lo diré de todos modos: La onda luminosa, que viaja por un medio con "alto" índice de refracción, pasa a un medio con "bajo" índice de refracción, es decir, no se invierte. Pero, ah, le pasa algo que también es necesario explicar:
Teníamos que cuando la onda pasaba por el vidrio sufría una modificación VID que no era necesaria explicar en detalle. En éste momento, la onda pasó dos veces por ese material (una vez cuando "entró" al vidrio y otra vez cuando "salió" del mismo), por lo tanto es necesario considerar una doble modificación VID. En otros términos, la onda quedaría con modificación total 2VID. Ahora sí, un esquema para poder terminar de entender todo lo que acabo de decir:
Claro que no va a haber cuatro haces de luz, sino simplemente dos, ya que algunos haces de luz "se superponen". Ahora bien, sabemos por lo que expliqué más arriba que cada vez que dos ondas se superponen producen una onda equivalente. ¿Cómo serían las ondas "superpuestas" y "definitivas" para cada caso? Pues bien, el haz que ahora se mueve horizontalmente está compuesto por dos ondas similares, es decir, con las mismas modificaciones. Como sabrás, ese efecto produce una interferencia constructiva, lo que significaría simplemente que en ese lugar hay luz.
Ahora bien, en el caso del haz de luz que se mueve ahora verticalmente la cosa es muy parecida: Ambos haces de luz tienen la misma modificación 2VID, pero, muy importante, uno está invertido con respecto al otro. ¿Qué significa eso? Interferencia destructiva. En otras palabras: en ese lugar no hay luz. Mira la siguiente imagen:
Quiero aclarar que "esas cosas marrones" bien podrían ser "pedazos de madera". En cuyo caso no es relevante para el expermiento.
Hasta ahora todo perfecto, pero todavía no usamos nada de cuántica. Dejemos los suspensos de lado, entonces, y prosigamos usando esa rama de la física tan querida pero tan incomprendida. Hagámoslo en forma de pregunta: ¿Qué pasaría si en vez de un haz de luz el láser emitiría un único fotón?
Veamos. Primero hablamos de ondas, ahora hablamos de partículas, y sabemos que la cuántica va a aparecer por algún lado. Tenés todas las pistas necesarias como para ir determinando para dónde van los tiros. Antes de comenzar con cualquier explicación, tengo que decirte que me voy a ahorrar causarte un trauma al no explicar detalladamente sobre la dualidad onda-corpúsculo. Claro que no pretendo que seas un experto en el asunto, pero espero que entiendas perfectamente que no hay ondas que se comportan que se comportan como partículas, ni partículas que se comportan como ondas; sino "ondículas" (?) que se comportan como ondas o como partículas según la situación/experimento, pero nunca como ambas cosas a la vez. Dicho esto, vamos:
En primer lugar, quiero decirte que da exactamente igual que el láser haya disparado un fotón o doscientos billones, el pedazo de madera de la derecha se iluminará y el de arriba no. ¿Porqué? Pues porque por más que el láser haya disparado un solo fotón, este se va a comportar de manera ondulatoria; y esto ocurre, presta atención a esto, porque el experimento no está diseñado como para que la luz se comporte como una partícula, sucediendo todo lo que tiene que suceder con completa normalidad.
Ahora bien, modifiquemos un poco el experimento para ver la cuántica en acción, y, claro, a nuestro detector de bombas también. Sé que suena a tirar todo a la basura y empezar de nuevo, pero nada más lejos de la realidad. Lo que en realidad vamos a hacer es colocar una bomba en medio del interferómetro. Como la reacción que va a sufrir este aparato depende de la naturaleza de la bomba, vamos a suponer que es falsa.
Sabemos que las bombas falsas son las que no reaccionan con la luz. De hecho, podemos cambiar un poco las palabras y decir que las bombas falsas son aquellas que no absorben la luz; o en términos más cuánticos: Las bombas falsas son aquellas que, una vez en el aparato, no modifican el comportamiento ondulatorio de la luz. Claro que eso es todavía poco revelador. Intentaré de otra manera: Las bombas falsas son aquellas que, una vez incluidas en nuestro aparato, no modifican para nada el resultado. Es decir:
Cada vez más cerca de descubrir la fórmula que hará ganarte más y más dinero del que tienes. Mi estimado lector, tengo que decir una cosa más antes de proseguir con la otra mitad del razonamiento. Puede que hayas tenido un chispazo de inteligencia y hayas concluido lo siguiente: "Entonces cada vez que brilla el pedazo de madera de la derecha al mismo tiempo en que no brilla el del padazo superior se trata de una bomba falsa"; y eso es erróneo, y ya verás porqué.
Supongamos ahora que la bomba que pusimos es verdadera. En este caso, y siguiendo el mismo juego de palabras que hicimos antes, la bomba verdadera, es decir, la que reacciona absorbiendo la luz y explotando, afectará en el experimento en la medida en que el comportamiento de la luz ya no sea ondulatorio. En este caso, el fotón no podrá "pasar por los dos caminos" (es decir, reflejarse o traspasar la superficie semiespjada), sino que "tendrá que decantarse por uno u otro". Eso nos deja con tres posibilidades de conclusiones luego de encender el láser. La primera de ellas, la más sencilla y, atención, la que ocurre la mitad de las veces:
Perdón por el insulto a tu inteligencia, pero debo recordarte que no brilla ningún pedazo de madera. Ahora bien, la segunda circunstancia sucede solo el 25% de las veces, y es la causa del error de razonamiento que muy probablemente tuviste no hace mucho:
¿Ves porqué te dije que era un error de razonamiento? Nosotros no vemos si la luz se comporta de manera corpuscular u ondulatoria, solamente el brillo en el pedazo de madera. Esa mala suerte nuestra hace que no podamos diferenciar una bomba verdadera de una bomba falsa siempre y cuando brille el pedazo de madera de la derecha. Digo esto porque existe un 25% de probabilidades de que sea absolutamente seguro que ganes dinero:
Espero que acabes de comprender el magnífico aparato que tenés delante de tus ojos: Tenemos una bomba verdadera e intacta frente a nosotros, pero no sólo eso, sino que sabemos con absoluta certeza que es verdadera aún sin haberla mirado. ¡Eso es tremendo!
Las mentes perturbadas que idearon este aparato son un tal Elitzur y un tal Vaidman. ¡Cuánto ingenio el de estos señores! Por otra parte, cuánta ironía. La mecánica clásica entra en confrontación siempre con la mecánica cuántica. Una postula que "la realidad es clara" y la otra que "la realidad es borrosa" respectivamente. Curiosamente, en este experimento se da vuelta la tortilla: La mecánica clásica determina no es posible determinar con absoluta certeza cuál bomba es verdadera y cual no y la cuántica, sólo por esta vez, sí lo hace.
Claro que la cosa no pasa sólo por ahí. Hay miles de cuestiones filosóficas o que puedes plantearte no sólo de esto, sino de esa elucubración de seres mentalmente perturbados y socialmente inadaptados en general. La primera de ellas es bien simple: ¿En qué mente cabe que pueda medirse algo sin interaccionar con él?. ¿Porqué un fotón se comporta distinto sólo porque "una bomba puede ponerse en su camino"?. Nota por favor que puse que "puede" interponerse, no que lo hará.
Y, claro, tenemos miles más. Y eso es poco si tenemos tiempo y ganas de hacernos más todavía: ¿Es posible que la bomba y el fotón que nunca la toca sino que llega al pedazo de madera de arriba sí estén interaccionando de alguna manera?. Si la respuesta es afirmativa: ¿Qué pasaría si nuestro aparato fuera grande como el sistema solar y, al poner una bomba verdadera, brillara el pedazo de madera "superior"? ¿Cómo puede el fotón "saber como comportarse" tan rápido, sabiendo que está a millones de kilómetros de una bomba tan verdadera y tan falsa a la vez?. Si aceptamos que es posible esa "alteración" a distancias enormes y, por supuesto, de manera instantánea, estamos desterrando la concepción de localidad, algo que Einstein defendía muchísimo, principalmente en su Teoría de la Relatividad.
Por otra parte, también podríamos preguntarnos: ¿tiene sentido hablar de la naturaleza de una bomba con la que nunca hemos interaccionado?. Según Heisenberg no tiene sentido. Y según cómo fue evolucionando la cuántica de acuerdo a su postura (que se presume que es verdadera) quedamos que era estúpido, inútil, sin sentido hablar de algo "que no sabemos que existe". Si aceptamos esta posibilidad, estamos desterrando ahora la concepción de realismo (es decir, la idea de que existen las cosas independientemente de que las hayamos medido o no) cosa que, bueno, adivina a quién le gustaba esa idea
Esas preguntas ya estaban hechas en la época en que estos geniales físicos dispusieron de la física para hacerte ganar más dinero del que tienes. Llevaban ya mucho tiempo planteadas hasta que aparece John Stewart Bell, un tipo al cual decirle genio, ídolo, avispado, ingenioso, inhumano,"el puto amo"... es insultarlo descaradamente. Este físico elaboró uno de los teoremas más importantes de la cuántica y de la ciencia en general tratando de responder todas esas preguntas, un teorema que lleva su nombre y que, claro, no es conocido como debería.
John, de pie, mostrándole a un colega su pasatiempo: Dibujar soles
En fin, no quiero decirte con todo esto que tires tu libro de física a la basura, ni que mandes a la mierda a tu profesora, ni que satanices a Newton, Einstein, Galileo, Kelvin y muchos otros importantes pensadores más. Mi objetivo es hacerte perder ese miedo a pensar hasta que te duela la cabeza y te agarren mareos que no te dejen estar parados, todo para llegar a una conclusión que seguramente te condenará a una lobotomía porque tu, apresado por la euforia, le contaste a todo el mundo tu descubrimiento, y eso te declaró maníaco compulsivo y esquizoide con episodios de paranoia. Mi objetivo es ayudarte a aceptar que el universo no es como queremos, sino que es borroso, incomprensible, dominado por la probabilidad, enorme hasta en el mundo subatómico pero pequeño en la más grande escala... y y quizá hasta "inexistente" cuando no lo veamos.
Pacientes lectores, el post debe finalizar aquí. Los despido con un ¡Hasta la próxima! y con una advertencia: No dejen de mirar al universo. No sea cosa que desaparezca, y con él todo el dinero y el prestigio que ganaste en tu negocio de vendedor de bombas A los curiosos les informo que estoy planeando una cuarta entrega de esas maravillosas partículas, cosa que, como de costumbre, prometeré para mañana pero me tomaré dos meses para postearlo . Ah, y, claro, una invitación a las comunidades más científicas (y probablemente inexistentes cuando nadie está por ahí) de Taringa! , , , , , ,
Nota: Fuente que no puede ser agregada por algún motivo aquí