La mecánica cuántica es la rama de la física que explica el comportamiento de las partículas subatómicas, como electrones y fotones, que se comportan de manera diferente a los objetos del mundo cotidiano. Desarrollada en la primera mitad del siglo XX, esta teoría ha revolucionado nuestra comprensión del universo.
En la física clásica, los objetos tienen posiciones y velocidades definidas. En cambio, la mecánica cuántica describe las partículas como probabilidades, sin posiciones específicas hasta que se miden. Este comportamiento probabilístico es fundamental en la mecánica cuántica.
La mecánica cuántica no fue desarrollada por un solo científico, sino por varios. Max Planck introdujo la idea de que la luz se compone de paquetes discretos de energía en 1900. Albert Einstein amplió esta idea en 1905 al proponer que la luz se comporta como partículas llamadas «cuantos». Esta teoría fue crucial para explicar fenómenos como el efecto fotoeléctrico.
La mecánica cuántica ha revolucionado nuestra comprensión del mundo al revelar que a nivel subatómico, las partículas no tienen posiciones ni trayectorias definidas hasta que se miden. Esta idea desafía la intuición y la física clásica, donde los objetos tienen propiedades definidas. Además, el concepto de entrelazamiento cuántico, donde partículas separadas pueden instantáneamente afectar los estados una de la otra, sugiere que el universo es mucho más interconectado de lo que se pensaba. Estas ideas han tenido implicaciones profundas no solo en la física, sino también en la filosofía, desafiando nuestras nociones de realidad y determinismo. Por esto último, Einstein fue muy renuente a aceptar la mecánica cuántica según había sido desarrollada por la escuela de Niels Bohr. Sin embargo, con el tiempo, la interpretación de Bohr ha demostrado ser acertada.
Dualidad Onda-Partícula
Las partículas subatómicas pueden comportarse tanto como ondas como partículas. Esto se demuestra en el experimento de la doble rendija, donde los electrones forman un patrón de interferencia característico de las ondas, incluso cuando se envían uno por uno.
Modelo Cuántico del Átomo
Niels Bohr propuso un modelo en el que los electrones orbitan el núcleo en niveles de energía específicos. Más tarde, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger desarrollaron modelos más precisos usando mecánica matricial y ondulatoria, respectivamente, que describen los electrones como ondas que ocupan «orbitales» en lugar de órbitas fijas.
Paradoja del Gato de Schrödinger
Erwin Schrödinger presentó un experimento mental en el que un gato está simultáneamente vivo y muerto hasta que se observe, para ilustrar la naturaleza contraintuitiva de la superposición cuántica. Este experimento resalta las dificultades para conciliar la mecánica cuántica con la realidad cotidiana.
Entrelazamiento Cuántico
El entrelazamiento cuántico ocurre cuando dos partículas se correlacionan de tal manera que el estado de una determina instantáneamente el estado de la otra, sin importar la distancia entre ellas. Este fenómeno es fundamental en la mecánica cuántica y tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica..
El Efecto del Observador en la Mecánica Cuántica
Uno de los principios más intrigantes de la mecánica cuántica es el efecto del observador, que sugiere que el acto de observar o medir una partícula puede cambiar su estado. Este fenómeno se ilustra en el experimento de la doble rendija, donde los electrones se comportan como ondas cuando no son observados, pero actúan como partículas cuando se mide su trayectoria. Esta idea implica que la realidad a nivel cuántico no es fija y puede ser influenciada por la observación, planteando preguntas sobre el papel de la conciencia y el observador en la formación de la realidad.
Computación Cuántica
La computación cuántica utiliza qubits que pueden representar múltiples estados simultáneamente, permitiendo una capacidad de procesamiento mucho mayor que los bits clásicos. Aunque aún en desarrollo, esta tecnología promete revolucionar la informática en el futuro.
Relación con la Relatividad General
Actualmente, no existe una teoría unificada que combine la mecánica cuántica con la relatividad general de Einstein, que describe el comportamiento de objetos masivos y a gran escala. La búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica sigue siendo uno de los mayores desafíos en la física moderna.
Imagen: SciTech Daily
https://pijamasurf.com/2024/08/fisica_cuantica_dualidad_onda_particula_entrelazamiento_gato_schrdinger/
A ver, maticemos un poco.
» En la física clásica, los objetos tienen posiciones y velocidades definidas. En cambio, la mecánica cuántica describe las partículas como probabilidades, sin posiciones específicas hasta que se miden. »
No es así. Lo correcto es :
En la física clásica, tenemos leyes conocidas que permiten determinar las posiciones y velocidades de los objetos en todo momento. En cambio, en la mecánica cuántica aún no tenemos leyes que permitan fijar las posiciones ni velocidades de los objetos más que cuando se realiza una medición; por lo que fuera de ése instante todo resulta probabilístico e indeterminado.
Si a un niño de 2 años le das un libro, verá un montón de signos representados unas veces juntos, otras separados y sin conexión entre ellos. Ni entenderá la sintaxis ni la gramática ni encontrará mensaje relevante alguno. Pero después, con estudio y conocimiento, aprende. Y lo que antes era un batiburrillo aleatorio e incomprensible, se vuelve perfectamente claro y entendible.