Language

sábado, 22 de febrero de 2014

Experimento de la 'Doble Ranura'

Hoy en día, al hablar de la luz, podemos hacer referencia a dos cosas: por una parte la luz (y en general cualquier onda electromagnética) está formada por partículas, los fotones. Estos interactúan con la materia, como bien demostró Einstein con el 'Efecto Fotoeléctrico', por el que obtuvo el Nobel de Física en 1921. Pero también es una onda, que se propaga en todas direcciones incluso en el vacío a una velocidad constante. Estas dos interpretaciones es lo que hoy en día se conoce como la Dualidad onda-corpúsculo de la luz. En la entrada de hoy vamos a interpretar uno de los mayores experimentos en el campo de las ondas,  y más adelante de la Física Cuántica, realizado por Thomas Young en 1801: El experimento de la Doble Rendija.

Ahora debemos empezar a imaginar. Imaginad encontraros en frente de una pared con una rendija y detrás de ella otra pared normal. Junto a vosotros tenéis una pistola de paintball. Si disparáis a toda la pared, la pintura pasará por la rendija, formando en la pared de atrás una banda de pintura, como en la imagen:

Experimento con una sola rendija y elementos de tamaño observable
Una sola rendija con elementos macroscópicos

Ahora añadiremos una segunda rendija a ver qué pasa:

Doble rendija realizado con elementos macroscópicos
Bolas de pintura pasando por una placa con dos rendijas

Espectro de la Doble Rendija con bolas de colores macroscópicas
Así quedaría la pared...
Tanto con una rendija como con dos, las bolas se distribuyen en la pared del fondo formando franjas uniformes: una si se trataba de una rendija; y dos si se trataba de dos rendijas.
¿Hasta aquí de acuerdo? Perfecto...pero, ¿y si lo hacemos con ondas?

Las ondas no se comportan como las bolitas del experimento anterior. Las ondas forman crestas y valles que surjen desde cada una de las rendijas. Si coinciden un valle y una cresta, se anulan; si coinciden dos crestas, se amplifican. Esto se llama conoce como difracción de una onda. Ocurre cuando una onda electromagnética atraviesa objetos con un grosor menor a su longitud de onda. El propio Young encontró la ecuación que relacionaba la longitud de la onda con la distancia entre las rendijas, la distancia a la pantalla...Podemos ver un ejemplo en la siguiente imagen:

Experimento de la doble rendija realizado ahora con una onda
Doble rendija realizada con una onda
Ahora, en la pared se formará algo distinto. Debido a esas ondulaciones, habrá zonas donde veremos que llegan las ondas y zonas donde no. La pared quedaría así:

Así quedaría la placa observable del experiemento al realizarlo con una onda.
Forma en la pared al realizar el experimento con una onda. Patrón de interferencia.
Hasta aquí tenemos dos conclusiones:

1. Si nos encontramos ante partículas, se forman dos franjas paralelas en la placa del fondo.
2. Si nos encontramos ante ondas, se forma el llamado patrón de interferencia en la placa.

En este vídeo explicativo podremos entender mejor todo lo dicho hasta ahora:

video

Representación de las diferentes pantallas dependiendo del uso de ondas o partículas
Comparación de los dos experimentos

Experimento realizado con una onda y con una partícula
Comparación entre ondas y partículas



Ahora bien. Young, lo que hizo en su experimento es probar si la luz se comportaba como onda o como partícula a través de este método. El resultado fue sorprendente. ¡Logró un patrón de interferencia, lo que demuestra el comportamiento ondulatorio de la luz!

Observamos el patrón de interferencia emitido por la luz
La luz comportándose como onda, con el respectivo patrón de interferencia
Esto solo nos dice que la luz se puede comportar como onda, aunque depende de la circunstancia y de la naturaleza del experimento, también lo puede hacer como partícula. Aquí nos centramos en el aspecto ondulatorio, pero en mis próximas entradas trataré el comportamiento corpuscular basándome en el Efecto Fotoeléctrico de Albert Einstein. Volviendo al tema que nos incumbe, gracias al patrón de interferencia nosotros podemos medir la frecuencia y longitud de una onda, así como su energía. 

En este experimento casero se demuestra lo dicho ahora, que al hacer pasar la luz por una doble rendija no forma dos franjas como cabría esperar, si no el patrón de interferencia:


Enlace para ver desde YouTube si desde aquí no te funciona: Doble Rendija Casera.

Hemos llegado al objetivo de la entrada, demostrar el comportamiento ondulatorio de la luz. Pero este experimento puede dar mucho más de sí que todo esto...mucho más...

Para no alargar mucho este post y complicarlo, en mi próxima entrada, que intentaré subir el martes, hablaré de este mismo experimento relacionado con la Física Cuántica. Veremos cómo se comporta la materia ante este experimento, cómo las partículas pasan por las dos rendijas a la vez cuando no miramos y cómo se comportan normal cuando volvemos a mirar...algo que seguro les va a sorprender y les resultará increíble. 

No duden en comentar y compartir esta página.
Un Saludo!!

4 comentarios:

  1. Bien explicado, ya estoy eslerando a que sea martes ;)

    ResponderEliminar
  2. cojonudo , se entiende muy bien y lo haces muy ameno gracias Gabriel , cual será el próximo tema un saludo

    ResponderEliminar
  3. Muy buen tema! Me ha gustado mucho, en el siguiente tema me guataria que hablases sobre algun teorema. Saludos y sigue así

    ResponderEliminar
  4. gracias muy bueno tu resumen, me quedo claro! bien explicado! que tengas un lindo dia :)

    ResponderEliminar