Física cuántica para todos

Si leyó la descripción del Blog y las primeras entradas, probablemente le queden un par de preguntas, como: ¿Qué diantres es la física cuántica? ¿Por qué habría de relacionarse con un cuento? Intentaré responder la primera (la segunda también será respondida, en otra ocasión) de la manera lo mas inteligible posible.

La física cuántica (o mecánica cuántica) es una de las ramas más importantes de la física, y surgió a principios del siglo XX. Su origen se produjo principalmente porque los científicos realizaron experimentos que les permitieron observar fenómenos inexplicables para la física clásica, por lo que esa ciencia les resultó insuficiente y comenzaron a crear nuevas teorías. Los experimentos mencionados se centraban en el átomo y sus partículas (electrones, sobre todo), por lo que él es el objeto de estudio de esta nueva ciencia.

Este video sirve para empezar a entender los misterios de la mecánica cuántica: 

Como pudieron ver, aparecen hechos contra intuitivos que antes no se conocían, se descubre que el mundo atómico no se comporta como era esperado. Para responder las preguntas que surgen, se introducen conceptos nuevos, como la superposición de estados, la incertidumbre –o indeterminación-, y solo la posibilidad de calcular la probabilidad de que un suceso ocurra, por sobre la certeza.

Entre las suposiciones más importantes de la mecánica cuántica, relacionada con estos conceptos, se encuentran:

•         Como resulta imposible determinar la posición en cada momento para una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, y se utiliza una función matemática para calcular la probabilidad de que dicha partícula se encuentre en cierta posición específica en cierto momento específico.
•         Al trabajar con cualquier sistema, este evolucionará de una manera si no es medido, y de otra manera distinta si es que se le realiza una medida.
•         Antes de ser medido, el sistema no se encuentra en algún estado que nosotros ignoramos, sino que no está en ninguno, o más correctamente, está en todos los estados posibles al mismo tiempo. A esto se le llama superposición de estados, e implica la pérdida de una única realidad objetiva a favor de varias realidades simultáneas.

Este último punto es absolutamente fundamental para la mecánica cuántica, y ha sido objeto de mucha discusión entre los científicos, pues han surgido distintas interpretaciones a él.

En el siguiente video, se explica el clásico experimento del gato de Schrödinger (físico austríaco) que explica este punto, y se da la interpretación clásica que ha adoptado esta ciencia frente a este fenómeno:

(Para los fans de The Big Bang Theory, acá está la explicación que Sheldon le hace a Penny sobre el gato de Schrödinger.)

La interpretación más tradicional de la física cuántica –llamada interpretación de Copenhague- es la que da la narradora del video. Esta plantea que las leyes de la mecánica cuántica solo rigen objetos microscópicos como el átomo, y no se aplican a objetos macroscópicos como el gato, pues difieren en su status ontológico (esto sí que escapa a mi conocimiento, por lo que no lo discutiré).

Lo que sí discutiré es el problema que implica aceptar esta interpretación, y que fue lo mismo que se planteó el físico norteamericano Hugh Everett III. Sucede que, para considerar una ciencia y sus leyes como correctas y aplicables, dichas leyes deberían cumplirse para todo evento en la realidad, deberían poder aplicarse a todos los elementos y funcionar siempre, o sea, ser generales. De acuerdo a la teoría vista, se hace una diferencia entre el átomo y el gato, y las leyes desarrolladas (en este caso la superposición de estados) se aplican solo a una porción de la realidad. La física cuántica sería una ciencia incompleta.

Hugh Everett, entonces, planteó una teoría alternativa. Como pudimos ver en el primer video, un electrón podía estar en todos los estados posibles (superposición), pero cuando era medido estaba solo en un estado. Esto no le sucedería a un objeto macroscópico según la visión tradicional. Everett, en cambio, en el año 1957 propone una teoría de universos paralelos que se aplica a todos los objetos de la realidad. Según él, cada vez que se realiza una medición cuántica al átomo, el universo se separa en múltiples realidades que abarcan todos los estados posibles de éste, y en cada uno vemos un estado particular del átomo, como sucede en los experimentos. Aparecen, entonces, universos paralelos aunque obviamente no podemos observarlos. La explicación es lógica, mas no es compartida por todos los científicos, pues provoca muchas nuevas interrogantes y no tiene una aplicación realmente útil. Sin embargo, científicos actuales tan importantes como Stephen Hawking han respondido que están de acuerdo con que una teoría de multiverso (múltiples universos) sería correcta. Lamentablemente, en su momento Everett encontró poco apoyo y respuestas a su teoría por parte de los demás físicos, así que dejó la física.

¿Y usted, qué cree? Puede responder la encuesta al costado derecho de la página, o escribir un comentario si desea explayarse más.