"Física Cuántica" es un término que escuchamos con frecuencia pero que se tiene una idea tan vaga, que hay quienes incluso utilizan éste término para vender publicidad engañosa, como supuestas curas hipnóticas y poder realizar cosas con la mente.
La mecánica cuántica es algo difícil de entender, ya lo hemos dicho, entender cosas que desafían lo que entendemos nos resulta una tarea inhumana.
A finales del siglo XIX los físicos estaban realmente satisfechos, Newton había descrito los movimientos gravitatorios tanto de planetas como de manzanas por medio de sencillas ecuaciones, y gracias a Maxwell se había comprendido que la relación entre electricidad y magnetismo formaban parte de un mismo fenómeno, al parecer si tenías los datos suficientes era posible predecir o determinar cómo funcionaría cualquier sistema, hasta que llegó Max Planck, él se preguntaba por que los objetos cambian de color cuando se calientan.
Sucede que es porque la energía que los objetos absorben la emiten en forma de luz con diferentes frecuencias.
¿Pero qué es la mecánica cuántica?
La mecánica cuántica se encarga de medir y observar el mecanismo de la materia a niveles muy muy muy pequeños, más específicamente a niveles subatómicos.
Según la mecánica clásica...
"A mayor energía introducida la Radiancia Espectral aumentaría proporcionalmente tendiendo a infinito"
Figura 27.1 Primer ecuación planteada
Según los experimentos...
"Los experimentos mostraban que no sucedía tan rápido y que había un límite"
Figura 27.2 Segunda ecuación planteada
A éste fallo de la teoría clásica se le conoce como "La Catástrofe Ultravioleta" para resolver éste problema en 1900 a Planck se le ocurrió que en vez de medir la energía de manera continua, la podría medir en cantidades indivisibles o en "paquetes" a los que llamó "cuantos" y ahora todo encajaba, la unidad mínima de magnitud de acción, (relación entre Energía-Tiempo) ahora se conoce como la Constante de Planck, y cualquier proceso físico ahora sólo se puede medir en múltiplos enteros de ésta constante.
Para Planck ésta era una solución meramente matemática, poco tiempo después Einstein recuperó el concepto y lo utilizaría para explicar y predecir el efecto fotoeléctrico, lo que le valió un Premio Nobel.
"La realidad subatómica es cuántica"
Todos éstos descubrimientos ayudaron a Niels Bohr para plantear su modelo atómico, en él los electrones pueden estar en diferentes órbitas pero nunca en un punto medio, están cuantizadas y es por eso que ésto no ocurre y cuando pasan de una órbita mayor a una menor emiten un fotón (la partícula de la luz).
Científicos como Christiaan Huygens al ver fenómenos como la refracción y la difracción de la luz vieron que la luz se comportaba de manera muy similar a las olas en el agua y concluyeron que se trataba de una onda, pero otros científicos como Newton explicaron que entenderla como partícula explicaría mejor el asunto.
Figura 27.3 Antes de la teoría cuántica Thomas Young había echo un experimento, colocando una fuente de luz y una pared oscura y entre ambas colocó un cartón con 2 rendijas, la imágen que se proyectaba no eran 2 franjas de luz, sinó más
Ésto era un claro patrón de interferencia que ocurre porque la luz se comporta como ondas de agua que se reforzaban en unas partes y se cancelaban en otras, y no como una cadena de partículas; Éste experimento se puede llevar a cabo con partículas, como un fotón por ejemplo.
Supongamos que lanzamos fotones entre las dos rendijas, los fotones pueden atravesar o no las rendijas, y los que las atraviesen formarán barras de luz, si hiciéramos el experimento con objetos habrían 2 marcas, en cambio si lo hacemos con partículas subatómicas el resultado es el patrón de interferencia que ya conocemos.
Figura 27.4 Efecto de interferencia
Pero, ¿si hemos lanzado una partícula a la vez, cómo a interferido ésta con la partícula del futuro?
Y el asunto se pone aún más raro...
Si colocamos un detector entre las rendijas para saber por cual rendija pasa la partícula, el patrón de interferencia desaparece y la luz se comporta como objetos, es como si la mera observación cambiara el resultado del experimento, a éste fenómeno se le llama Dualidad Onda-Partícula de la Luz.
La verdad es que tanto onda como partícula son ideas de nuestro mundo cotidiano que usamos para intentar explicar la mecánica cuántica, cuya naturaleza muchas veces va en contra de nuestra intuición.
Otra extraña consecuencia de la mecánica cuántica es el Principio de Indeterminación de Heisenberg, está matemáticamente comprobado que NO se pueden saber dos magnitudes de una partícula al mismo tiempo, si se conoce su posición es imposible saber su cantidad de movimiento y viceversa, la indeterminación cuántica también se aplica en el llamado "Efecto Hamlet"
Los materiales radioactivos tienden a caer hasta dejar de serlo; Si no se observa, un átomo puede estar en dos estados diferentes a la vez, no ser y ser radiactivo, de ahí el experimento mental de Schrödinger:
Si la vida de un gato depende de un átomo en posición de superposición de estados, el gato está muerto y vivo al mismo tiempo, pareciera que así es hasta que alguien lo observa.
Si las partículas tuvieran colores, éstas serían azules, rojas, amarillas, verdes, negras, blancas, podrían tener una gran variedad de colores a la vez, es decir una partícula podría ser de 10 colores diferentes a la vez, y sólo cuando las mires por un proceso el cual desconocemos la partícula adoptará un color completamente al azar.
Estos extraños resultados han llevado a múltiples interpretaciones, entre ellas una que dice que existen los universos paralelos
Entrelazamiento de partículas
En cuántica una partícula puede ser en un 50% de probabilidad roja y un 50% de probabilidad azul, y sólo será uno u otro cuando alguien la mira, lo más divertido del tema es que podría aparecer una segunda partícula que esté conectada con ésta de modo que si una partícula al ser observada sea azul la otra sea roja y si una es roja la otra sea azul, cuando separamos éstas dos partículas entrelazadas sucede algo increíble, aunque no estén en contacto si observamos una partícula y se pone azul la otra automáticamente se pondrá roja y viceversa, ésto podría tener diversas aplicaciones, como la encriptográfia, computación cuántica y teletransportación.
Figura 27.5 Sí el mundo cuántico nos resulta tan extraño es porque nuestros propios sentidos no lo perciben, nuestro cerebro no está adaptado a éstas sensaciones subatómicas.
La mecánica cuántica nos obliga a plantearnos las siguientes preguntas...
¿Por qué cambia el estado de una partícula cuando se mide?
¿Existe la realidad cuando no es observada?
¿Es la probabilidad un efecto de la ramificación de la realidad de múltiples universos?
Éstas paradojas han sido la mayor incógnita de la ciencia en toda su historia