El concepto de giro de electrones es bastante bueno.
Usaré un ejemplo simplista:
Primero, debes imaginar el concepto de giro. Toma una pelota de tenis y gírala en el suelo. Observa que: 1) la pelota de tenis (sin apretar) gira sobre un eje, y 2) tiene una cierta velocidad angular (qué tan rápido gira la pelota de tenis). Normalmente denotamos esto dibujando una flecha. Apunte el pulgar en la dirección hacia la que apunta la flecha, apunte esa flecha hacia su cara (en su mente, por supuesto), y el giro se lee como en el sentido de las agujas del reloj con respecto a la flecha. Por ejemplo, si dibujo una flecha que apunta a la derecha, conocida como giro a la derecha, el electrón giratorio real estaría girando de tal manera que si hubiera una pelota de tenis en la flecha (la flecha es el eje) girando, la región la bola sobre la flecha giraría en la página, mientras que la región de la pelota de tenis debajo de la flecha giraría fuera de la página. Aquí hay un ejemplo gráfico si estás un poco confundido.
Así que ahora que tenemos eso abajo, vamos a ahondar en algo llamado Mecánica Cuántica. La Mecánica Cuántica afirma que todas las cosas se basan en una probabilidad: que todo lo que existe lo hace en una especie de superposición en la que el mero acto de observar el objeto colapsa dicha superposición en un solo estado que podemos observar. ¿Cómo se aplica esto al giro electrónico, sin embargo?
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Imagina que construí una máquina que lee el giro de un electrón. Para este caso, digamos que este dispositivo lee si el electrón está girando hacia arriba o hacia abajo. Ahora, enviamos un electrón que gira hacia arriba en la máquina, ¿y qué dice? Se lee como, sí, el electrón estaba girando hacia arriba. Podríamos hacer esto para un número infinito de electrones: todos ellos leerían “sí”. Empecemos arrojando electrones en una máquina. Cuando pasan, la respuesta sería, lo has adivinado, NINGUNO de los electrones se lee como arriba.
¿Qué pasa si lanzamos un electrón de giro hacia la máquina? El resultado es un poco confuso … Esta vez, conseguimos que la máquina diga “sí, el giro estaba arriba”. En este punto, estás preguntando “bueno, hmmm … probemos otro”. Tu también. Después de enviar otro electrón a través de la máquina, se lee “no, el giro se redujo”. Ahora estás absolutamente desconcertado. ¿Cómo puede un electrón con el mismo giro dar dos resultados diferentes?
Aquí es donde se pone brumoso. Puede preguntarse, ahora, que tal vez este “giro” tenga un componente superior y un componente inferior, lo que hace que gire, ¿no?
Eso sería parcialmente correcto.
¿Recuerdas cómo dije que la mecánica cuántica se basa en la probabilidad? Bueno, esto se dice probabilidad en acción. Cada electrón tiene una probabilidad de ser leído en cierta dirección. Para nuestro primer ejemplo, preguntamos cuál sería la probabilidad de que un electrón ascendente se lea como arriba. ¡100%, por supuesto! ¿Qué pasa con un electrón de abajo que se lee como arriba? 0%. Ahora, ¿qué pasa con un electrón correcto? Tiene un 50% de posibilidades de ser leído como giro y un 50% de ser leído como giro hacia abajo.
Hay mucha más libertad en esto: si modifica el giro que lee la máquina (es decir, si utiliza una máquina que lee si un electrón está girando hacia la derecha o hacia la izquierda), ¡las probabilidades cambian! Si alimenta un electrón correcto en una máquina correcta, tiene un 100% de posibilidades de ser leído como correcto. Si fuera un electrón izquierdo, 0%. ¿Si era un electrón arriba? 50% de probabilidad de ser leído como correcto, y un 50% de probabilidad de ser leído como derecho.
¡Lo que es aún más espeluznante es que cuando lees el giro de un electrón, la superposición de sus probabilidades de giro colapsa en el estado que observaste! ¿Recuerdas cuando alimentamos un electrón correcto en una máquina superior y se leía? Bueno, el hecho de que observáramos el giro lo hizo así que el giro existió por completo. La posición hacia abajo se derrumbó. Cuando introducimos otro electrón derecho en la máquina superior y se lee abajo, la posición superior se eliminó por completo y el electrón existía en un estado completamente inferior. Eso, para mí, es simplemente fascinante más allá de todas las cuentas.
Esto es absolutamente alucinante porque confunde con el concepto de “toda la física debe ser coherente dentro de cada marco de referencia”. El acto de rotar nuestra máquina de acuerdo con el eje de giro cambió la probabilidad de que sucedan ciertas cosas. Esto va completamente en contra de lo que dijo Einstein en su Teoría general de la relatividad, por lo que es un acuerdo enorme y ENORME.
La mecánica cuántica es una de las fuerzas más misteriosas que uno puede imaginar. El concepto completo de superposición y estados colapsados proporciona a los físicos una gran cantidad de preguntas sin respuesta que saltan de conceptos que creíamos conocer por completo.