Física cuántica: curiosidad y perplejidad

10-01-2024 | Publicado por Joaquín Martí

Física cuántica

El reciente biopic de Christopher Nolan ha puesto de moda al físico teórico Robert Oppenheimer, conocido popularmente como líder del Proyecto Manhattan y «padre» de la bomba atómica. Pero siendo esto lo que le dio fama, no es menos cierto que era un apasionado de la física y realizó valiosas aportaciones en temas como la física cuántica y los agujeros negros.

La física cuántica no es un tema en el que en Principia nos consideremos expertos, ni siquiera uno cuyos fundamentos dominemos, aunque utilicemos sus hallazgos. Este post refleja más bien nuestra perplejidad ante conceptos físicos que aprovechamos, y muy probablemente aprovecharemos aún más en el futuro, sin que nuestra intuición logre realmente familiarizarse con ellos.

La física cuántica estudia el comportamiento de las partículas subatómicas, como electrones y fotones. Su formulación no es reciente, pues lleva más de un siglo sobre la mesa, con los trabajos de Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros. Pero es tan contraintuitiva que desafía a nuestros esfuerzos por entenderla a la luz de la experiencia macroscópica.

Física cuánticaLa física clásica, desarrollada por científicos como Isaac Newton, autor de los Principia Mathematica que dan nombre a nuestra empresa, fue la física dominante durante muchos siglos. Describe el mundo en términos de leyes mecánicas y permite predecir el movimiento de objetos a escalas humanas. Pero deja de ser suficiente cuando se estudian objetos a escalas muy pequeñas.

La física cuántica surgió a principios del siglo XX para abordar estas limitaciones. Una de las ideas clave de la física cuántica es que las partículas subatómicas no se comportan de la misma manera que los objetos a escala humana. Por ejemplo, en la física cuántica, una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo, o puede encontrarse en una superposición de estados, lo que significa que su estado cuántico no se puede conocer hasta que se mide. Y que varias partículas pueden estar entrelazadas y, al medir el estado de una de ellas, se fija instantáneamente el de las otras, aunque se encuentren a años luz de distancia.

Otro concepto clave de la física cuántica es el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que es imposible conocer simultáneamente y con precisión pares de variables complementarias, como la posición y la cantidad de movimiento de una partícula, o la energía y el tiempo. Cuanto más se conoce sobre una de las dos, menos se sabe sobre la otra y viceversa. Y se trata de una limitación a nivel fundamental, no depende de la tecnología de medida.

Consecuencias de la física cuántica, algunas con importantes implicaciones prácticas, son:

– El efecto túnel

– La energía del punto cero

– La existencia de partículas virtuales

– La energía del vacío y la inexistencia del vacío absoluto

– La radiación de Hawking e inestabilidad de los agujeros negros

Así, la física cuántica ha permitido la construcción de dispositivos electrónicos como transistores y chips de ordenador. También ha llevado a la creación de nuevas tecnologías como los láseres y los escáneres por resonancia magnética. Y son prometedores los avances en sensores, criptografía, computación y almacenamiento de información.

Pero, más allá de las aplicaciones concretas, la física cuántica ha cambiado nuestra comprensión de la naturaleza misma del universo. Ha mostrado que, a nivel de partículas subatómicas, el universo no es un lugar determinista y predecible, sino que está lleno de incertidumbre y probabilidades. Y eso no es fácil de digerir por ingenieros cuya intuición está gobernada por una experiencia puramente macroscópica, aunque sean capaces de incorporar sus resultados.

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