La física clásica que has estudiado hasta ahora trata con dos categorías de fenómenos: partículas y ondas. De acuerdo con las leyes de Newton, las partículas son objetos diminutos como balas que tienen masa y viajan por el espacio en línea recta a menos que una fuerza actúe sobre ellas. Asimismo, las ondas, como las del sonido o en el océano, son fenómenos que se extienden en el espacio. Cuando una onda viaja a través de una abertura o alrededor de una barrera, la onda se difracta y diferentes partes de la onda interfieren. Por tanto, las partículas y las ondas son fáciles de distinguir unas de otras. De hecho, tienen propiedades que se excluyen mutuamente. No obstante, la cuestión de cómo clasificar la luz fue un misterio durante siglos. Una de las primeras teorías sobre la naturaleza de la luz es la de Platón, que vivió en los siglos V y IV a. C. Platón pensó que la luz era emitida por el ojo. Euclides, que vivió aproximadamente un siglo después, también sostuvo esta opinión.

Fenómeno físico de la luz

Por otro lado, los pitagóricos creían que la luz emanaba de cuerpos luminosos en forma de partículas muy finas, mientras que Empédocles, un predecesor de Platón, enseñó que la luz está compuesta de algún tipo de ondas de alta velocidad. Durante más de 2000 años, la pregunta quedó sin respuesta. ¿La luz se compone de ondas o partículas? En 1704, Isaac Newton describió la luz como una corriente de partículas. Mantuvo este punto de vista a pesar de su conocimiento de lo que ahora llamamos polarización y a pesar de su experimento con la luz reflejada en placas de vidrio, en las que notó franjas de brillo y oscuridad. Sabía que sus partículas de luz también debían tener ciertas propiedades de onda. Christian Huygens, contemporáneo de Newton, abogó por una teoría ondulatoria de la luz. Con toda esta historia como trasfondo, Thomas Young, en 1801, realizó el experimento de la doble rendija, que pareció demostrar, finalmente, que la luz es un fenómeno ondulatorio.

El experimento de la doble rendija

Este punto de vista fue reforzado en 1862 por la predicción de Maxwell de que la luz transporta energía en campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Veinticinco años después, Heinrich Hertz utilizó circuitos eléctricos con chispas para demostrar la realidad de las ondas electromagnéticas. Posteriormente, Max Planck en 1900 planteó la hipótesis de que la energía radiante se emite en haces discretos, cada uno de los cuales llamó un cuanto. Según Planck, la energía en cada haz de energía es proporcional a la frecuencia de radiación. Su hipótesis inició una revolución de ideas que ha cambiado por completo la forma en que pensamos sobre el mundo físico. La hipótesis de Planck recibió crédito en 1905 cuando Albert Einstein publicó un artículo ganador del Premio Nobel que desafió la teoría ondulatoria de la luz al argumentar que la luz interactúa con la materia, no en ondas continuas como Maxwell imaginó, sino en pequeños paquetes de energía como Planck había sugerido.

Ahora los llamamos fotones. En términos generales, el conjunto de leyes desarrollado desde 1900 hasta finales de la década de 1920 que describen todos los fenómenos cuánticos del micromundo se conoce como física cuántica. La pista de Einstein fue la teoría de Planck. Planck había asumido que la emisión de luz en cuantos se debía a restricciones en los átomos vibrantes que producían la luz. Es decir, asumió que la energía en la materia está cuantificada pero que la energía radiante es continua. Einstein, por otro lado, atribuyó propiedades cuánticas a la luz misma y consideró la radiación como una lluvia de partículas. La verificación experimental de la explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico fue demostrada 11 años después por el físico estadounidense Robert Millikan. Curiosamente, Millikan pasó unos 10 años tratando de refutar la teoría del fotón de Einstein solo para convencerse de ello como resultado de sus propios experimentos, que le valieron un Premio Nobel. 

Se confirmaron todos los aspectos de la interpretación de Einstein. Sorprendentemente, no fue hasta 1923 y el descubrimiento de otra evidencia cuántica que los físicos generalmente aceptaron la realidad del fotón. El efecto fotoeléctrico demuestra de manera concluyente que la luz tiene propiedades de partículas. No podemos concebir el efecto fotoeléctrico sobre la base de ondas. Por otro lado, hemos visto que el fenómeno de la interferencia demuestra de manera convincente que la luz tiene propiedades ondulatorias. No podemos concebir la interferencia en términos de partículas. En la física clásica esto es contradictorio. Desde el punto de vista de la física cuántica, la luz tiene propiedades que se asemejan a ambas. Es como una onda o como una partícula, según el experimento en particular. Entonces pensamos en la luz como ambas, como una onda-partícula. ¿Qué tal “ondícula”? La física cuántica exige una nueva forma de pensar.

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Referencias

Aparici, A. (2020, 29 de enero). Ni onda ni partícula: historia de una dualidad. La Razón. https://www.larazon.es/ciencia/20200129/nu3mxj5wyvfzhhuivldkhevqbu.html

Grupo Akal. (2019, 20 de febrero). Mecánica cuántica. La dualidad onda-partícula. No cierres los ojos. http://www.nocierreslosojos.com/mecanica-cuantica-la-dualidad-onda-particula/

Hewitt, P. G. (2015). Conceptual Physics (12a ed.). Pearson.