La teoría de cuerdas: la hipótesis de Broglie

La hipótesis de Broglie establece que las partículas de la materia también tenían longitudes de onda y pueden comportarse como ondas, al igual que hicieron los fotones. La teoría de cuerdas más tarde dirá que ambos tipos de partículas - materia y energía - son manifestaciones de cuerdas vibrantes, pero eso es cerca de 50 años en el camino de la época de De Broglie. Él propuso su teoría en 1923.

Aquí era la línea de razonamiento de Broglie para la nueva teoría negrita. En la relatividad especial, la materia y la energía eran diferentes manifestaciones de la misma cosa. El fotón, una partícula de energía, tenía una longitud de onda asociada con él. Por lo tanto, las partículas de la materia, tales como electrones, también deben tener longitudes de onda. Su tesis doctoral se propuso calcular lo que debe ser la longitud de onda (y otras propiedades de onda).

Dos años más tarde, dos físicos estadounidenses demostraron experimento de De Broglie mediante la realización de experimentos que mostraban patrones de interferencia con los electrones, como se muestra en esta figura. (El experimento 1925 no era en realidad un experimento de la doble rendija, pero mostró la interferencia con claridad. El experimento de la doble rendija con electrones se llevó a cabo en 1961.)

Este comportamiento demostró que cualquier ley rige cuántica fotones también rigen partículas. La longitud de onda de las partículas tales como el electrón es muy pequeño en comparación con el fotón. Para los objetos más grandes, la longitud de onda es aún más pequeño aún, convirtiéndose rápidamente en tan pequeño como para ser imperceptible.

Es por ello que este tipo de comportamiento no se presenta para los objetos más grandes. Si usted lanzó pelotas de béisbol a través de las dos rendijas, nunca se observa un patrón de interferencia.

Aún así, esto deja abierta la cuestión de lo que estaba haciendo que el comportamiento de las ondas en estas partículas de energía o materia. La respuesta sería el núcleo del nuevo campo de la mecánica cuántica.

Usted puede imaginar el problema si nos fijamos en la forma en que el experimento se estableció en esta figura. La onda de la luz pasa a través de ambas cosas hendiduras, y por eso las ondas interfieren entre sí. Pero un electrón - o un fotón, para el caso - no poder pasar a través de las dos rendijas al mismo tiempo si usted piensa de ellos la forma en que estamos acostumbrados a pensar en ellos- tiene que escoger una rendija.

En este caso clásico (donde el fotón es un objeto sólido que tiene una cierta posición), no debería haber ninguna interferencia. El haz de electrones debe golpear la pantalla en un punto en general, tal y como si estuviera lanzando pelotas de béisbol a través de un agujero en una pared. (Esta es la razón por la física cuántica reta nuestro pensamiento clásico sobre los objetos y se consideró tan polémico en sus primeros años.)

De hecho, si se cierra una de las rendijas, esto es exactamente lo que sucede. Cuando una ranura está cerrada, el patrón de interferencia desaparece - los fotones o electrones se acumulan en una sola banda que se extiende desde el punto más brillante en el centro.

Así que los patrones de interferencia no se pueden explicar por las partículas que rebotan en el lado de las ranuras ni nada normal como eso. Es un comportamiento realmente extraño que requiere una solución realmente extraño - en la forma de la mecánica cuántica.