La mente que se abre a una nueva idea jamás volverá a su tamaño original. (A. Einstein)
Se podría decir que la física cuántica, o mecánica cuántica, abre la puerta a una visión del mundo que desafía nuestras ideas clásicas de la realidad. En este marco, las partículas no tienen posiciones o velocidades definidas hasta que son medidas, lo que introduce una noción de indeterminación espacial y temporal. Además, la teoría predice fenómenos de entrelazamiento cuántico, en los que dos sistemas pueden estar correlacionados instantáneamente sin importar la distancia que hay entre ellos, lo que nos lleva a una auténtica no-localidad.
En cuanto al tiempo, aunque la mecánica cuántica estándar lo trata como una variable externa y continua, algunas interpretaciones proponen que la dirección del tiempo podría no estar completamente fijada, o que ciertos procesos cuánticos podrían ser simétricos en el tiempo. Sin embargo, estas ideas aún no están confirmadas y pertenecen al terreno de la física teórica y la filosofía de la ciencia
La mecánica cuántica describe el comportamiento de sistemas compuesto por elementos que se podrían clasificar como constituyentes de lo ‘muy pequeño’: distancias d < 1E-11 m (d < 0,00000000001 m) y tiempos t < 1E-9 s (t < 0,000000001 s), es decir, de los átomos, partículas sub-atómicas, núcleo atómico y partículas elementales en general (electrones, fotones, quarks, etc.)
Conceptualmente, la mecánica cuántica desafía el sentido común: Las ondas se comportan como partículas; las partículas se comportan como ondas. Respetuosamente, es como «echar un vistazo a las cartas de Dios», dijo el físico italiano Giancarlo Ghirardi.
El término “cuántica” proviene de la palabra “quantum”. El Nobel de física Max Planck lo usó en 1900 para referirse a la radiación de un cuerpo caliente. La radiación no es emitida ni absorbida en forma continua, sino en pequeñas cantidades a las que denominó ‘cuantos’ (del espectro de radiación del cuerpo negro). Por esto se le considera el padre de la mecánica cuántica.
«Si la mecánica cuántica no te ha impactado profundamente, aún no la has entendido», dijo el físico y premio Nobel danés Niels Bohr.
La «mecánica cuántica actual» se basa en la interpretación de Copenhague propuesta por Bohr en 1927, basándose en los trabajos de Werner Heisenberg, Max Born y otros físicos.
La interpretación de Copenhague (propuesta en el 5º congreso Solvay de octubre de 1927, celebrado en la localidad italiana de Como), fue el primer intento general de comprender el mundo atómico: ‘electrones y fotones’; basada principalmente en el principio de complementariedad de Bohr.
La interpretación de Copenhague admite que la observación o medida de un estado (función de onda), que a su vez es la superposición lineal (con coeficientes complejos normalizados) de una serie de estados básicos (en coherencia), produce el colapso (o reducción) de esa función de onda en uno de esos estados básicos, de acuerdo a una probabilidad que se cuantifica como el cuadrado del módulo del coeficiente complejo normalizado del estado básico en el que colapsa.
Niels Bohr. Copenhague, Dinamarca. Boceto a lápiz de JMP basado en original de 1960.
El principio de complementariedad fue enunciado en 1927 por Niels Bohr. Dependiendo de la disposición experimental, el comportamiento de la luz y electrones es a veces en forma de ondas y en ocasiones en forma de partículas; es decir, tales cosas tienen una dualidad onda-partícula. Es imposible observar simultáneamente los aspectos de las ondas y las partículas. Juntos, sin embargo, presentan una descripción más completa que cualquiera de los dos tomados por separado.
Resumiendo, el principio de complementariedad de Bohr presenta una visión epistemológica del principio de incertidumbre de Heisenber, 1927, que es de naturaleza más matemática. Aunque la idea principal de la complementariedad se debe al físico danés Niels Bohr, lógicamente, no fue menos importante la contribución de Werner Heisenberg y, así mismo, Max Born, Erwin Scrödinger, Wolgang Pauli, Paul Dirac y otros físicos, que hicieron importantes contribuciones al principio de complementariedad. [Bohr, 1927] [Born,1955]
Paul M. Dirac. Cambridge. Reino Unido. Boceto a lápiz de JMP basado en original de 1940.
Una diferencia muy llamativa entre la física clásica y la cuántica es que mientras que la física clásica presupone que se pueden asignar valores exactos a todas las cantidades físicas, de forma simultánea, la mecánica cuántica contradice esta posibilidad, siendo el principal ejemplo el de la posición y el momento lineal de una partícula. De acuerdo con la mecánica cuántica, cuanto mejor (con mayor precisión) se conoce la posición de una partícula, peor se conoce (con menor precisión) su momento, y a la recíproca. Esta es una forma sencilla de enunciar el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica para la posición y el momento.
Al premio Nobel Richard Feynman, le gustaba señalar que la «paradoja» de la mecánica cuántica es solo un conflicto entre la realidad y su sentimiento de lo que la realidad «debería ser».
En mecánica clásica se acepta el principio de localidad, consistente en el hecho de que un objeto físico se ve afectado únicamente por su entorno inmediato (interacciones físicas a las que esté sometido).
En mecánica cuántica no existe una realidad objetiva que encaje en el marco del «sentido común», se acepta el principio de no-localidad.
Experimentos recientes en mecánica cuántica han demostrado la existencia de un entrelazamiento cuántico entre partículas, en el que los objetos físicos pueden verse afectados entre sí a cualquier distancia (arbitrariamente grande): átomos, partículas subatómicas e, indirectamente, los objetos a escala macroscópica ……. (entrelazamiento cuántico macroscópico) …… [Thomas, 2021] [Castelvecchi, 2021] [Kotler, 2021]
La longitud de Planck es la escala a la que las ideas clásicas sobre la gravedad y el espacio-tiempo dejan de ser válidas y dominan los efectos cuánticos. Este es el ‘cuanto de longitud’, la medida de longitud más pequeña con algún significado. La longitud de Planck es de aproximadamente 1,6 E-35 m.
El tiempo de Planck es el tiempo que tardaría un fotón en viajar a la velocidad de la luz a una distancia igual a la longitud de Planck. Ninguna división de tiempo más pequeña tiene significado.
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