¿Por qué no entiendo nada sobre la física cuántica?

En pocas palabras, es la física la que explica cómo funciona todo: la mejor descripción que tenemos de la naturaleza de las partículas que componen la materia y las fuerzas con las que interactúan.

La física cuántica, se escucha en los periódicos, en la televisión e incluso en Youtube. Suena como si fuera el futuro, pero no lo es: ¡la física cuántica es ahora!

La física cuántica va a cambiar muchas cosas en nuestra vida diaria, para bien o para mal. Me parece más que necesario entender sus sutilezas de inmediato.

¿Cómo se puede resumir la física cuántica en una sola frase?

En pocas palabras, la física cuántica estudia lo infinitamente pequeño. En otras palabras, todo lo que ocurre a la escala del átomo.

¿Por qué la física cuántica suena tan mística?

Aunque la física cuántica es a veces utilizada por personas iluminadas en busca de espiritualidad, no hay nada místico en ella.

Su complejidad radica en el hecho de que las partículas de lo infinitamente pequeño no se comportan como las cosas de nuestra dimensión humana.

Por ejemplo: tu teléfono móvil está en tu bolsillo o en tu mano, ¿no? En la física cuántica, una partícula puede parecer estar en varios lugares a la vez, al mismo tiempo. Este es uno de los principios más fundamentales de la física cuántica, y también uno de los más incomprendidos (ilustrado por el famoso gato de Schrödinger).

Soy lo suficientemente inteligente para entender…

Es una pregunta que surge mucho, y la respuesta es sí, por supuesto. La dificultad de comprensión no depende tanto de usted, sino a menudo de la habilidad de un pedagogo para explicárselo correctamente.

Trabajamos duro para explicar la física cuántica de forma sencilla en nuestro sitio, sin «disminuirla». Con un mínimo de concentración, no debería tener problemas para entenderlo todo.

¿Cómo entender la física cuántica?

En la física clásica, cuando pasas de 0 km/h a 50 km/h con tu coche, necesaria y sucesivamente pasas por todas las marchas intermedias: 1 km/h, 2 km/h, 3 km/h, pero también 1,1 km/h 1,2 km/h y así sucesivamente. Tome cualquier número de punto decimal entre 0 y 50 y habrá un momento en que habrá pasado por esta velocidad.

En la física cuántica, esto ya no es cierto. Pasarías directamente de 0 a 20 km/h y luego de 20 a 50 km/h. La transición es instantánea. Matemáticamente, notará que la aceleración que experimenta es entonces infinita.

Cada valor de velocidad es entonces un posible y llamado nivel de velocidad «permitido». Se dice que los otros valores de velocidad están «prohibidos». No es posible ir a una velocidad de 1 km/h, 10 km/h o 21 km/h. Sólo los valores 0 km/h, 20 km/h y 50 km/h son posibles en este ejemplo.

La física cuántica funciona exactamente así. No con velocidades y coches, sino con niveles de energía y partículas: una partícula puede tener diferentes niveles de energía permitidos, mientras que otras están todas prohibidas. Un electrón puede, en efecto, pasar de un nivel de energía a otro instantáneamente, sin pasar por todos los niveles intermedios.

Nuestro coche no es cuántico. ¿Es eso bueno?

El ejemplo del coche es bastante revelador: si pasamos de 0 km/h a 50 km/h instantáneamente, nos aplastaríamos completamente en la parte inferior del asiento. También sería imposible conducir a velocidad reducida (por ejemplo para aparcar).

El más mínimo frenado sería una parada absoluta e instantánea que sería aún más violenta que golpear una pared de frente. La naturaleza de los objetos macroscópicos (como tú, yo, un coche, un animal…) funciona con la física continua, no con la física cuántica.

Claramente, la física cuántica sólo funciona para partículas de materia (electrones, fotones, etc.) y no para ensamblajes macroscópicos de materia como un coche o un árbol.

Si empezamos a aplicar los principios cuánticos a los objetos macroscópicos, obtenemos resultados aberrantes. Schrödinger trató de explicar esto con el famoso Gato de Schrödinger. Si admitimos que un gato puede ser un objeto cuántico, entonces según Schrödinger, el gato podría estar vivo y muerto al mismo tiempo.

La física cuántica tiene muchos efectos como ese: superposición cuántica, entrelazamiento, niveles de energía, etc. que sólo son válidos para los componentes de la materia. No para las cosas a nuestra escala humana.

La física cuántica ha hecho girar muchas otras cabezas antes que la suya.

Cuando los instrumentos de medición de los físicos comenzaron a mejorar, a hacerse más sensibles y la física clásica fue cada vez más comprendida, los científicos fueron (por casualidad, al principio) más allá de la física clásica: comenzaron a descubrir fenómenos cuyos resultados eran incompatibles con lo que conocían.

Los físicos de principios del siglo XX, como Bohr y Einstein, comprendieron que la física de partículas no era continua sino discontinua y que se trataba de un comportamiento que ellos llamaban «cuántico» (un cuántico es, por definición, una cantidad determinada de algo).

No hace falta decir que todo esto marcó una profunda revolución en la física: ¿física discontinua? Muchos no creían en ello, o no querían creer en ello.

¿Pero cómo podemos imaginar los fenómenos cuánticos?

Si se necesitaron las mentes más brillantes de toda una generación de físicos para entender las primeras definiciones de la física cuántica… ¿Por qué crees que no sirves si no lo entiendes?

La física cuántica es algo totalmente diferente de todo lo que nuestros sentidos (vista, oído, tacto…) nos han permitido descubrir desde que éramos niños.

Nuestros sentidos nunca se han enfrentado a fenómenos puramente cuánticos. Nuestro cerebro no está en absoluto condicionado para entender la física cuántica.

Está condicionada a saber en qué dirección caerá un objeto si lo soltamos: la mecánica newtoniana (que explica la caída de los objetos) es intuitiva, basada en nuestros sentidos.

El cerebro no está condicionado a entender el entrelazamiento cuántico o la dualidad de las partículas: nunca ha tenido la oportunidad de ver esto en el jardín de la escuela o en el patio de recreo.

Esto no nos impide entender y hacer física cuántica para todo eso. Es que tienes que pasar por lo básico antes de meterte en cosas complicadas. Tenemos que aceptar que las partículas subatómicas tienen comportamientos totalmente contrarios a la intuición a los que no estamos acostumbrados ni familiarizados.

Por otra parte, como la física cuántica no admite realmente los fenómenos que nuestros sentidos pueden detectar, también tenemos que confiar casi exclusivamente en nuestros instrumentos de medición y ecuaciones.

Dicho esto, corrientes de pensamiento como la Escuela de Copenhague proporcionan interpretaciones de los fenómenos cuánticos. Esto pone un pie en la filosofía de la ciencia.

Esto puede hacer que la física cuántica sea mucho menos divertida (hay menos explosiones, caídas, llamas…) y más complicada en teoría, pero las aplicaciones finales de la física cuántica no son mucho más innovadoras.

Finalmente…

Las aplicaciones de la física clásica, como la máquina de vapor o el reloj mecánico, han existido durante más de siglos. Pero las aplicaciones para el entrelazamiento cuántico, como la computación cuántica, se están inventando mientras hablamos.

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