Notas de Física cuántica

“El mundo que hemos creado como resultado de nuestro pensamiento hasta hoy día tiene problemas que no pueden resolverse si seguimos pensando de la forma como pensamos cuando lo creamos.”

            La física cuántica es un área relativamente reciente (el término "mecánica cuántica fue utilizado por primera vez de mano de Max Born en 1924, aunque se sugiere en el trabajo de Planck durante el año 1900) de la física que estudia lo más pequeño, o sea la materia a escala atómica. Surge en el siglo XX y rompió con todos los paradigmas de la física que habían prevalecido hasta ese entonces. La física cuántica responde a ciertas apariencias engañosas a partir de probabilidades sobre el comportamiento de los átomos de la materia. Quien sentó las bases para la creación de la física cuántica fue el norteamericano Albert Einstein.

            Después de Max Planck, considerado el padre de la física cuántica en 1900, y de Werner Heisenberg, autor del principio de incertidumbre, quizá es Erwin Schrödinger el hombre más importante de esta serie de físicos que produjo la revolución. Si bien la mayoría de los físicos son puramente racionalistas todavía, y muchos de ellos ateos, quisiéramos atribuirle a Schrödinger la primera intención, quizá, de incursionar como físico dentro de los terrenos del humanismo y la espiritualidad. Schrödinger fue quien propuso las ecuaciones básicas de la mecánica cuántica, las cuales son obras maestras de síntesis matemática y experimental. En ellas queda claramente establecido cómo el universo no es un asunto mecánico, al estilo de Newton, sino un asunto de probabilidades de ocurrencia de los fenómenos. Su famosa función de onda es una expresión matemática de todas las probabilidades de evolucionar que un sistema posee antes de ser observado por un experimentador.

            La física o mecánica cuántica surge de la imposibilidad de la mecánica clásica para explicar satisfactoriamente los fenómenos a una escala atómica; a ese nivel los fenómenos tienen la característica de ser estudiados por necesidad en términos probabilísticos; dado que las partículas en estudio son tan pequeñas, que el solo hecho de observarlas (para observarlas se debe "interactuar" de alguna manera con ellas, lo cual tiene a esta escala un efecto sobre su trayectoria o comportamiento) altera el fenómeno observado, por lo que no se puede conocer con exactitud en términos clásicos su posición y velocidad al mismo tiempo, por ejemplo. De lo anterior surgen ecuaciones de onda en donde las variables para definir el comportamiento de estas partículas se expresan en términos de probabilidades, lo que se conoce a su vez como incertidumbre.

            La física cuántica presenta dos pilares fundamentales:

1.       Las partículas intercambian energía o "paquetes" en múltiplos enteros llamados quantum (literalmente cantidad) de energía.

2.       La posición de una partícula se define por la descripción de la probabilidad de que aquella partícula se sitúe en esa posición y en ese mismo instante.

            Por ejemplo el intercambio de energía en un cuerpo negro (incide toda la energía sobre él) fue inexplicable para la física clásica. La explicación al fenómeno vino de la mano del físico alemán Max Planck, mediante la cuantización de la energía, es decir, valores o paquetes de energía que llamó quantum o "cuantos". Concluyó que todo cuerpo negro irradia energía (una longitud de onda) que dependerá de tu temperatura. Se comprobó también la naturaleza dual que presenta la luz; de ondulatoria por un lado, y de partículas por el otro.

Aplicaciones de la Teoría Cuántica

            El marco de aplicación de la Teoría Cuántica se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo es en otros ámbitos, como la electrónica (en el diseño de transistores, microprocesadores y todo tipo de componentes electrónicos), en la física de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en el diseño de instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano.

            En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica.

            Otra de las aplicaciones de la mecánica cuántica es la que tiene que ver con su propiedad inherente de la probabilidad. La Teoría Cuántica nos habla de la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cuándo ocurrirá ciertamente el suceso en cuestión.

            Cualquier suceso, por muy irreal que parezca, posee una probabilidad de que suceda, como el hecho de que al lanzar una pelota contra una pared ésta pueda traspasarla. Aunque la probabilidad de que esto sucediese sería infinitamente pequeña, podría ocurrir perfectamente.

            La teleportación de los estados cuánticos (qubits) es una de las aplicaciones más innovadoras de la probabilidad cuántica, si bien parecen existir limitaciones importantes a lo que se puede conseguir en principio con dichas técnicas. En 2001, un equipo suizo logró teleportar un fotón una distancia de 2 km, posteriormente, uno austriaco logró hacerlo con un rayo de luz (conjunto de fotones) a una distancia de 600 m., y lo último ha sido teleportar un átomo, que ya posee masa, a 5 micras de distancia...

Referenciashttp://www.geocities.com/fisica_que/
http://www.tendencias21.net/La-realidad-cuantica-revoluciona-el-mundo-de-la-informacion_a133.html