Dualidad onda-partícula
Un electrón, o un grano de luz, se comporta como una onda extendida cuando nadie mira, y se vuelve una partícula que cae en un punto en el instante en que se detecta. El experimento que muestra las dos caras en una sola pantalla es la doble rendija. Las partículas llegan de una en una y se amontonan como puntos, y cuando esos puntos se juntan aparecen franjas claras y oscuras. Cuanto más se juntan los puntos, más se ve el dibujo de la onda.
Cada punto es la marca de una partícula que llega a un sitio, pero el dibujo de todo el montón es la interferencia de una onda. Estrecha la separación de las rendijas d y el espaciado de las franjas se ensancha, y esa relación es Δy = λL/d. λ es la longitud de onda de de Broglie λ = h/p, la distancia de una cresta a la siguiente, y el número de onda es k = 2π/λ. Envía las partículas de una en una, por muy espaciadas que vayan, y las mismas franjas se amontonan, así que cada partícula interfiere consigo misma y no con otra. Cada pulsación de fire deja un grupo de puntos según la fuerza de la interferencia. El lugar donde se juntan los puntos es lo que arma las franjas, y las franjas siguen ahí aunque las llegadas vayan espaciadas.
Aunque haya una sola rendija, la naturaleza de onda permanece. La luz o un electrón que pasa por una abertura estrecha se extiende en una banda central ancha, y esa forma es una envolvente sinc². Estrecha la abertura y la extensión se hace aún más ancha. Estrechar la posición vuelve borroso el momento, que es una cara del principio de incertidumbre, y es también el límite de difracción que pone tope a la resolución de toda lente y de todo microscopio. Mueve el ancho de la rendija y una abertura más estrecha se extiende todavía más. El trueque, que una abertura más estrecha se extiende más, es el corazón de este dibujo, y se sienta bajo todo instrumento que intenta resolver un rasgo pequeño.
Qué pasa si enciendes un detector de camino para saber por cuál rendija pasó. Con el detector apagado las franjas siguen vivas y la cosa parece una onda, y con él encendido las franjas desaparecen y solo quedan bandas planas. El detector no lo hace empujando la partícula con rudeza. Saber cuál camino se tomó es en sí lo que borra la interferencia, y borrar después esa información del camino devuelve las franjas, lo que los experimentos han confirmado. Cambia el interruptor ON/OFF y el acto mismo de observar borra la interferencia. Saber el camino es lo que borra el dibujo, y olvidar ese camino es lo que devuelve el dibujo.
Antes de la detección la partícula no es un punto. Viaja como un paquete de onda, un grumo de onda recogido. A medida que pasa el tiempo y crece la distancia, el grumo se extiende de lado y baja su altura. Se extiende porque los trozos de longitud de onda que lleva dentro viajan a velocidades un poco distintas, así que la posición de una partícula libre se vuelve menos cierta con el tiempo. Sube la distancia de viaje y el paquete muestra cómo se ensancha y se vuelve borroso. Cuanto más lejos viaja, más se vuelve borroso el grumo, y ese borroso es la posición volviéndose menos segura.
Las dos caras son dibujos complementarios del mismo cuanto. Pon el interruptor hacia la onda y aparece una onda suave. Ponlo hacia la partícula y se vuelve un punto con una flecha de momento. Los dos dibujos hacen falta, y aun así nunca aparecen juntos en un momento, y eso es la complementariedad. Qué cara aparece no depende del objeto mismo sino de qué experimento elegimos, y Niels Bohr dejó ese pensamiento como el principio de complementariedad. Recorre el interruptor y los dos lados del mismo objeto se turnan. Una cara cada vez, y la otra espera en su lugar.