Un cuanto es a la vez onda y partícula
Un solo electrón o una partícula de luz se comporta como una onda extendida cuando nadie observa, pero en el instante en que se detecta se vuelve una partícula que cae en un punto diminuto. El experimento de la doble rendija muestra ambas caras en una sola pantalla. En el primer widget, las partículas llegan de una en una como puntos, y al acumularse forman franjas claras y oscuras ante tus ojos.
Cada punto es la marca de una partícula que llega a un sitio, pero el patrón acumulado entero es interferencia de onda. Reducir la separación de rendijas d ensancha el espaciado de franjas, por la relación Δy = λL/d. Aquí λ es la longitud de onda de de Broglie λ = h/p, la distancia de cresta a cresta de la onda (su longitud de onda), y el número de onda es k = 2π/λ. Lo asombroso es que, aun enviando las partículas de una en una y por muy espaciadas que estén, las mismas franjas se acumulan igualmente, lo que significa que cada partícula interfiere consigo misma y no con otras partículas. Cada vez que pulsas fire se añade un lote de puntos ponderado por la intensidad de interferencia.
Incluso con una sola rendija la naturaleza ondulatoria no desaparece. Cuando la luz o un electrón atraviesa una sola abertura estrecha se extiende en una única banda central ancha, con forma de envolvente sinc². Cuanto más estrecha la abertura, más amplia la dispersión. Este compromiso, en el que una abertura más estrecha se dispersa más, es una cara del principio de incertidumbre en el que confinar la posición difumina el momento, y es también el límite de difracción que restringe la resolución de toda lente y microscopio. Mueve el deslizador de ancho de rendija y observa cómo una rendija más estrecha se extiende más.
Qué ocurre si enciendes un detector de trayectoria para saber por qué rendija pasó. Con el detector apagado las franjas sobreviven y parece una onda; con él encendido las franjas desaparecen y solo quedan dos bandas lisas. La clave es que no se trata de que el detector empuje bruscamente a la partícula, sino de que el mero hecho de que la trayectoria se vuelva conocible borra la interferencia, y también se ha confirmado en experimentos que borrar después esa información de trayectoria hace reaparecer las franjas. Cambia el interruptor entre ON y OFF y siente directamente que el acto de observar borra la interferencia.
Antes de ser detectada, una partícula viaja no como un punto sino como un grumo de onda bien agrupado, un paquete de ondas. Conforme pasa el tiempo y crece la distancia, este grumo se extiende lateralmente y baja de altura. El grumo se extiende porque las varias componentes de longitud de onda que contiene viajan cada una a velocidades ligeramente distintas, y por eso la posición de una partícula libre se vuelve cada vez más incierta con el paso del tiempo. Aumenta el deslizador de distancia de propagación y observa cómo el paquete de ondas se ensancha y se desvanece.
Las dos caras son imágenes complementarias del mismo cuanto. Pon el interruptor en el lado de onda y aparece una onda suave; ponlo en el lado de partícula y se vuelve un solo punto con una flecha de momento. Ambas imágenes son necesarias, pero nunca aparecen juntas a la vez. Esto es la complementariedad. La idea de que cuál cara aparece depende no del objeto mismo sino de qué experimento elegimos es lo que Niels Bohr cristalizó como el principio de complementariedad. Cambia el interruptor de un lado a otro para ver por turnos las dos caras de un mismo objeto.