En 1672, isaac newton propuso que la luz estaba compuesta de partículas, pero sus contemporáneos sostenían que era una onda. Durante siglos, esta disputa fascinó a los científicos hasta que los experimentos modernos revelaron una verdad sorprendente: la luz puede ser ambasonda y partícula, dependiendo de cómo se observe. Este fenómeno, conocido como dualidad onda-partículava en contra del sentido común y constituye uno de los pilares más fundamentales de la mecánica cuántica.
Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia llevó a cabo un experimento que conecta esta dualidad con la incertidumbre entrópicaUn concepto clave de la teoría de la información. Sus resultados no sólo confirman décadas de teoría cuántica, sino que abren nuevas puertas en campos como la comunicación segura y la computación cuántica.
La idea de que la luz podía ser a la vez una onda y una partícula comenzó con el trabajo de Newton, quien especuló sobre su naturaleza dual sin evidencia experimental concluyente. Sin embargo, a lo largo del siglo XIX, experimentos como los llevados a cabo por Thomas Young y otros demostraron patrones de interferencia que confirmaron la naturaleza ondulatoria de la luz. Esto pareció cerrar el caso.
A principios del siglo XX, Los trabajos de Max Planck y Albert Einstein revolucionaron este consenso. Einstein demostró que la luz tenía propiedades de partículas al proponer el concepto de “fotón” para explicar el efecto fotoeléctrico. Finalmente, Arthur Compton confirmó que la luz también tenía energía cinéticaCaracterística clásica de las partículas.
Este descubrimiento llevó a una pregunta más profunda: ¿Cómo puede algo ser onda y partícula al mismo tiempo? La respuesta vino con la mecánica cuántica y su concepto de complementariedadformulado por Niels Bohr, quien demostró que estas dos propiedades no pueden observarse simultáneamente. Depende de cómo y con qué dispositivos se realiza la medición.
Newton y Einstein son piezas clave en nuestra comprensión de la luz como partícula. Newton introdujo la idea de corpúsculos para explicar los fenómenos ópticos, mientras que Einstein refinó esta noción con su concepto de fotón al describir el efecto fotoeléctrico. A pesar de ambos defendieron la naturaleza “particular” de la luzLa física cuántica ha revelado que esta visión debe complementarse con su comportamiento como onda, dependiendo de cómo se mida. Aquí es donde entra en juego la incertidumbre cuántica, fijando límites fundamentales a nuestro conocimiento simultáneo de estas propiedades. Este reciente experimento demuestra y recuerda cómo La dualidad onda-partícula conecta las ideas de Newton y Einstein.lo que demuestra que sus perspectivas no eran opuestas, sino parte de una misma realidad cuántica más compleja, como lo expresa el título.
El principio de complementariedad establece que medir un sistema cuántico revela sólo una de sus posibles propiedades. Por ejemplo, si medimos la naturaleza ondulatoria de un fotón, no podemos saber nada sobre su comportamiento como partícula, y viceversa. Esto pone de relieve una limitación fundamental en nuestro conocimiento del mundo cuántico.
En 2014, un grupo de investigadores de Singapur dio un paso más al conectar matemáticamente este principio con el concepto de incertidumbre entrópica. Medidas de incertidumbre entrópica ¿Cuánta ignorancia persiste en un sistema cuántico?incluso después de medirlo. Su trabajo demostró que siempre hay al menos un “bit” de información desconocida sobre un sistema cuántico, independientemente de la propiedad que se haya observado.
El reciente experimento de la Universidad de Linköping confirma esta hipótesis y hace realidad el concepto del papel. A través de un diseño experimental innovador, los investigadores demostró que la suma de conocimientos sobre las propiedades ondulatorias y partícula de un fotón nunca excede un límite establecido por la incertidumbre entrópica..
El equipo utilizó una configuración experimental basada en un interferómetro con un divisor de haz ajustable. Este dispositivo permite dividir un haz de luz en dos caminos diferentes y luego recombinarlo para observar patrones de interferencia (que indican el comportamiento de las ondas) o detectar partículas en ubicaciones específicas.
Lo que hizo que este experimento fuera único fue el uso de momento angular orbital (OAM) de fotones, una propiedad menos común que permite transportar más información que el movimiento oscilante estándar. Además, el divisor de haz podría sintonizarse parcialmente, un aspecto que permitió a los investigadores medir transiciones graduales entre el comportamiento de ondas y partículas en un solo dispositivo.
Los resultados confirmaron que la dualidad onda-partícula está directamente relacionada con relaciones de incertidumbre entrópica.lo que representa una demostración de la equivalencia teórica propuesta en 2014. Según el profesor Guilherme B. Xavier, uno de los principales autores, este experimento no es sólo un avance teórico, sino que también tiene aplicaciones prácticas en tecnologías cuánticas como la criptografía.
A nivel práctico, este experimento puede revolucionar la comunicación cuántica y el cifradoáreas donde la información segura es clave. Por ejemplo, el diseño experimental podría utilizarse para distribuir claves de cifrado cuánticas de forma totalmente segura, algo que los investigadores ya están explorando en sus trabajos futuros.
Filosóficamente, el experimento plantea profundas preguntas sobre la naturaleza de la realidad cuántica. ¿Existen las propiedades de las ondas y partículas “antes” de ser medidas? ¿O simplemente surgen como consecuencia del acto de medir? Estas preguntas, según los investigadores, se encuentran en la frontera entre la física y la filosofía, y nos recuerdan que nuestra comprensión del universo sigue siendo limitada.
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