¿Se conserva el impulso en el experimento de la rendija única?

Depende un poco. Supongamos que ignoramos la medición final durante un minuto (si una medición conserva o no el impulso es una pregunta complicada). Hay varias formas de configurar cualquiera de los experimentos de hendiduras que generalmente se ignoran. Consideremos dos.

Primero es si la partícula tiene un momento cero en la dirección ortogonal. En este caso, no sabemos dónde está, y en particular, podría rebotar en la pared en lugar de ir a la ranura. Por razones obvias, entonces, en esta configuración, el impulso no se conserva .

Una configuración alternativa (y quizás mejor) es si nos aseguramos de que pase por la ranura. Esto implica, al menos hasta cierto punto, localizarlo en posición en la dirección ortogonal, por lo que no sabemos su impulso. En este caso, el impulso se conserva, pero todavía tenemos una propagación porque el impulso inicial tuvo una propagación. Dicho esto, estos diferenciales coincidirán perfectamente.

Dicho esto, en la medida en que el problema más general se refiere a cómo maneja la conservación del impulso en QM: sí, el impulso generalmente se conserva (al menos hasta la medición de un observable incompatible; entonces el problema se vuelve desordenado). Hay dos razones por las cuales.

Primero: para cualquier estado inicial particular que esté definido en el momento, su estado final será igual de definido en el momento con la misma cantidad, suponiendo que no haya interacciones que conduzcan a pérdidas de momento no contabilizadas (como un potencial o la interacción con la ranura: el mismo tipo de lugares donde tendrías problemas en la mecánica clásica). La distribución de impulso final solo entraría en juego si tuvieras una distribución de impulso inicial (o una interacción).

En segundo lugar: el valor esperado del momento (el promedio sobre muchas mediciones) se conserva (con las mismas advertencias: no hay interacciones con cosas no contabilizadas).

Ambos pueden ser sentidos en los que uno aplica leyes de conservación en QM: ya sea al estado cuántico (el estado definido da el estado definido fuera) o en promedio (como valores de expectativa). En realidad, en interés de la información completa, hay un tercero, que es como una ley de conservación local, que surge principalmente como resultado de simetrías de calibre, pero eso no es relevante aquí.

El momento es un vector. Por lo tanto, la incertidumbre implica no solo la magnitud sino también la dirección. La conservación aborda la magnitud. Si sé la magnitud exacta del momento, y lo sé porque sé la frecuencia de la luz, eso no significa que conozca la dirección. De ahí la incertidumbre.

Para ser precisos en este caso particular, la posición conjugada – momento se conserva. Cuanto más estrecha la ventana de posición para la partícula, más se amplía la ventana de impulso. Solo se conserva el conjunto de conjugados.

Piénselo de esta manera: tiene un cuadro dentro del cual un fotón se mueve horizontalmente de izquierda a derecha, se mueve como una onda sinusoidal con cierta longitud de onda y amplitud (altura de la onda), y asume que la longitud de onda debe ser un todo factor del ancho de la caja. El interior de la caja es reflectante sin atenuación, por lo que cuando el fotón golpea la pared derecha rebota y continúa un movimiento horizontal de derecha a izquierda. Cuando golpea la pared izquierda, rebota nuevamente hacia la derecha, y así sucesivamente, de modo que el fotón se mueve continuamente horizontalmente de izquierda a derecha y de regreso a la izquierda y de regreso a la derecha, etc. En forma de onda.

Ahora reduzcamos el ancho entre las paredes de la caja. Y suponga que la onda todavía debe caber entre las paredes con un número entero de longitudes de onda. A medida que exprimimos la longitud de onda, la amplitud (la altura de la onda) aumenta. A medida que acercamos las paredes más y más, de modo que estamos exprimiendo la longitud de onda a una distancia cada vez más corta, la amplitud de la onda aumenta cada vez más.

Si acercamos las paredes tan cerca entre sí que la ubicación de la partícula se conoce con precisión (sabemos que está en la ubicación extremadamente estrecha entre ambas paredes), la amplitud de la onda, que representa el momento de la partícula, se vuelve tan alta que llegamos a ser completamente incierto del impulso de la partícula, por lo que bien podría ser que si tratamos de mirar la partícula se haya escapado de la caja por completo a través del túnel cuántico.