PROBABILIDAD Y LEYES FISICAS

Si un electrón individual es también una onda, ¿qué es lo que está ondulando? Erwin Schrödinger hizo la primera conjetura: quizá el material del que están hechos los electrones puede estar extendido por el espacio y es esta esencia electrónica extendida la que ondula. Desde este punto de vista, un electrón sería un pico estrecho en una niebla electrónica. Sin embargo, rápidamente se vio que esta sugerencia no podía ser correcta, porque incluso una forma de onda con un pico abrupto, tal como una ola de marea gigante, acaba dispersándose. Y si la onda electrónica puntiaguda se dispersara esperaríamos encontrar parte de la carga electrónica de un único electrón aquí o parte de su masa allí. Pero nunca lo hacemos.

Cuando localizamos un electrón, siempre encontramos toda su masa y toda su carga  concentrada en una región minúscula puntual. En 1927, Max Born propuso una sugerencia diferente, que resultó ser el paso decisivo que obligó a los físicos a entrar en un reino radicalmente nuevo. La onda, afirmaba, no es un electrón disperso, ni es nada encontrado antes en la ciencia. La onda, proponía Born, es una onda de probabilidad. Para entender lo que esto significa, imagine una fotografía de una onda de agua que muestra regiones de alta intensidad (cerca de las regiones más planas de transición entre crestas y vientres).

Cuanto mayor es la intensidad, mayor es la capacidad que tiene la onda de agua para ejercer fuerza sobre barcos próximos o sobre estructuras costeras. Las ondas de probabilidad imaginadas por Born también tienen regiones de alta y baja intensidad, pero el significado que él atribuía a estas formas de onda era inesperado: el tamaño de una onda en un punto dado en el espacio es proporcional a la probabilidad de que el electrón esté localizado en dicho punto en el espacio.

Lugares donde la onda de probabilidad es grande son lugares donde es más probable encontrar al electrón. Lugares donde la onda de probabilidad es pequeña son lugares donde es poco probable encontrar al electrón. Y lugares donde la onda de probabilidad es cero son lugares donde no se encontrará al electrón. Nadie ha visto nunca directamente una onda de probabilidad, y el razonamiento mecanocuántico convencional dice que nadie la verá. En su lugar, utilizamos ecuaciones matemáticas (desarrolladas por Schrödinger, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac y otros) para calcular cómo debería ser la onda de probabilidad en una situación dada.

Entonces ponemos a prueba dichos cálculos teóricos comparándolos con resultados experimentales de la siguiente manera. Después de calcular la supuesta onda de probabilidad del electrón en un montaje experimental dado, realizamos versiones idénticas del experimento una y otra vez partiendo de cero, registrando cada vez la posición medida del electrón.

Contrariamente a lo que Newton habría esperado, experimentos idénticos y condiciones de partida idénticas no conducen necesariamente a medidas idénticas. En su lugar, nuestras medidas dan una variedad de localizaciones medidas. A veces encontramos al electrón aquí, a veces allí, y de cuando en cuando lo encontramos mucho más allá. Si la mecánica cuántica es correcta, el número de veces que encontramos al electrón en un punto dado debería ser proporcional al tamaño (en realidad, al cuadrado del tamaño) que tiene en ese punto la onda de probabilidad que hemos calculado.

 

Ocho décadas de experimentos han mostrado que las predicciones de la mecánica cuántica son confirmadas con una precisión espectacular. Según la la mecánica cuántica, cada onda de probabilidad se extiende por todo el espacio, por el universo entero. Sin embargo, en muchas circunstancias la onda de probabilidad de una partícula cae rápidamente hasta un valor muy próximo a cero fuera de una región pequeña, lo que indica que hay una probabilidad aplastante de que la partícula esté en dicha región. De todas formas, puesto que la onda de probabilidad en algún lugar de la galaxia Andrómeda tiene un valor no nulo, por pequeño que sea, hay una probabilidad minúscula pero genuina, no nula, de que el electrón pudiera ser encontrado allí.

Así pues, el éxito de la mecánica cuántica nos obliga a aceptar que el electrón, un constituyente de la materia que normalmente imaginamos que ocupa una minúscula región puntual del espacio, también tiene una descripción que incluye una onda que, por el contrario, está extendida por todo el universo. Además, según la mecánica cuántica esta fusión partícula-onda vale para todos los constituyentes de la Naturaleza, no sólo para los electrones: los protones son a la vez de tipo partícula y tipo onda, los neutrones son a la vez de tipo partícula y tipo onda. Y experimentos a principios del siglo XX establecieron que la luz, que demostrablemente se comporta como una onda, puede describirse también en términos de ingredientes de tipo partícula, los pequeños «paquetes de luz» llamados fotones que se han mencionado antes. Por ejemplo, las familiares ondas electromagnéticas emitidas por una bombilla de 100 vatios pueden describirse igualmente bien en términos de la emisión por la bombilla de aproximadamente un centenar de trillones de fotones cada segundo.

En el mundo cuántico hemos aprendido que todo tiene a la vez atributos tipo partícula y tipo onda.

 

                                                                                                                                                                                                                 © Javier de Lucas