Este 25 de noviembre se cumple el centenario de la presentación de la tesis doctoral de Louis de Broglie, que le valió el Premio Nobel por “su descubrimiento de la naturaleza ondulatoria de los electrones”. Este trabajo ha tenido un impacto duradero en la física y constituye una de las contribuciones pioneras a la física cuántica.
Un desarrollo importante de este trabajo condujo al llamado modelo de “onda piloto”, que constituye una alternativa a la formulación estándar de la mecánica cuántica, y cuya influencia aún persiste hoy… pero que Louis de Broglie rápidamente repudió. ¿Por qué motivos?
Dificultades para interpretar la mecánica cuántica
La teoría de la mecánica cuántica describe el comportamiento de la materia a pequeñas escalas, por ejemplo el de los átomos o los electrones. Su descubrimiento data de principios del siglo XX.mi siglo, pero aún hoy quedan muchas cuestiones debatidas. Esta situación se debe, en gran parte, a las características confusas de la teoría.
Por ejemplo, los objetos cuánticos parecen comportarse a veces como partículas y otras como ondas. La interpretación de Copenhague, desarrollada a principios del siglo XX.mi siglo, concluye que el mundo cuántico no puede analizarse según conceptos clásicos. Esta lectura de la mecánica cuántica encontró importantes objeciones, y todo un sector de la comunidad investigadora (incluido Albert Einstein) siguió buscando una representación causal y mecánica del mundo cuántico.
Louis de Broglie, un físico francés, compartió esta ambición y propuso su “teoría de la onda piloto” en 1927. Según este modelo, la materia está compuesta de partículas, cuyo movimiento está guiado por una “onda cuántica”. Esta teoría explicaría así las razones del comportamiento ondulatorio de las partículas.
Sin embargo, unos años después de este descubrimiento, abandonó su teoría. ¿A qué se debe este cambio de opinión del propio Louis de Broglie y cuál fue el impacto de su trabajo en el resto de la comunidad científica?
La extrañeza persiste
Las causas del abandono de la teoría de la onda piloto son múltiples. Sin embargo, dos características del modelo lo hacían particularmente sospechoso. Por un lado, sugiere que el movimiento de una partícula puede depender del de otra, incluso si su distancia, según la relatividad de Einstein, prohibiera cualquier interacción.
Por otra parte, la onda piloto no tiene un significado físico claro. A diferencia de las ondas convencionales, como las del océano o las electromagnéticas, no es una onda que evolucione en nuestro espacio físico tridimensional. Más bien, es una onda que se despliega en un espacio matemático abstracto con una gran cantidad de dimensiones, lo que dificulta su interpretación.
Estos aspectos de su ola piloto resultaron muy inquietantes para Louis de Broglie, quien abandonó explícitamente su teoría en sus escritos posteriores. Su ambición más profunda era desarrollar un enfoque algo diferente, llamado “teoría de la doble solución”.
Este modelo alternativo habría tenido la ventaja de ser mucho más intuitivo y fácil de entender. Su objeto principal habría sido una onda menos abstracta, que se desplegaría dentro del espacio familiar a nuestra percepción.
Sin embargo, la complejidad matemática de este enfoque fue considerable. Louis de Broglie trabajó en él hasta el final de su vida, a pesar de la mala acogida del proyecto entre sus colegas físicos. En efecto, a pesar de sus defectos señalados por De Broglie, es la teoría de la onda piloto la que ha atraído la atención de la gran mayoría de los investigadores, lo que ha llevado al olvido gradual de su programa de investigación sobre la solución de la teoría doble.
Redescubrimiento de la teoría
Pese a todo, la obra de Louis de Broglie influyó profundamente en la comunidad científica.
Así, el físico estadounidense David Bohm, que hizo importantes contribuciones a la física cuántica, redescubrió de forma independiente la teoría de la onda piloto en 1952. En lugar de rechazar el modelo por su extrañeza, el desafío fue darle significado. Todavía hoy se debaten cuestiones sobre el contenido y el significado exacto de la teoría.
Por otra parte, la teoría de la doble solución de Louis de Broglie no fue abandonada por completo. Algunos físicos contemporáneos todavía están trabajando en su formulación. Puede ser que este enfoque algún día pueda ayudarnos a comprender mejor nuestro mundo a pequeña escala, con un impacto reducido en nuestras intuiciones clásicas.
Este artículo se benefició de conversaciones con Aurélien Drezet, del Instituto Néel de Grenoble, a quien el autor desea agradecer.
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