EDICIÓN: Febrero - Abril 2018

El curioso mundo de la física cuántica

Jerry Brownstein
Muchas de las cosas que hoy en día damos por sentado en nuestras vidas cotidianas no serían posibles sin los descubrimientos de los últimos 100 años, que se conocen como la “nueva” física. La energía nuclear, los láseres, los ordenadores, los satélites, los teléfonos móviles, las pruebas de resonancia magnética, y casi toda la tecnología moderna surgen de la aplicación de los principios de la física cuántica. Entenderla puede suponer un reto, pero sus principios básicos son fáciles de comprender si se evita el vocabulario demasiado científico y tampoco se pierde el tiempo describiendo experimentos complejos, así que intentémoslo.

La física “clásica” fue concebida a finales del siglo XVII por Isaac Newton y otros colegas, quienes realizaron una labor destacada al describir cómo funciona nuestro mundo material, según leyes fijas que lo explican todo, desde las manzanas que caen de los árboles a los movimientos de las galaxias en el espacio. La física newtoniana tuvo tanto éxito que todos aceptaron el hecho de que el mundo era un sistema mecánico enorme que estaba totalmente regido por estas leyes del movimiento. Los microscópicos ladrillos con los que está construido este universo mecánico se llamaron átomos y fueron percibidos como bolas densas de materia. A medida que los aparatos de medición se hicieron más sofisticados, sin embargo, quedó claro que los átomos no eran objetos sólidos, sino en realidad pequeños sistemas solares con electrones en órbita en torno al núcleo, como los planetas que orbitan alrededor del sol. Pero esa interpretación también demostró ser precipitada, ya que cuando se observa más de cerca la composición de los átomos, se descubre que casi por completo... TODO ES ESPACIO VACÍO.
Así es. Los átomos que componen todo nuestro universo de hecho apenas tienen masa: el 99,999999% es espacio vacío. Pensemos en eso por un momento. Se trata probablemente del hecho más alucinante que podamos aprender. Para hacernos una idea del alcance de esto, si un átomo fuese del tamaño de una catedral gigante, el núcleo, que supone la masa, ¡sería del tamaño de un grano de arena! Los electrones que “orbitan” alrededor de este minúsculo núcleo serían el equivalente de unas motas de polvo flotando cerca del techo de la catedral. El resto sería espacio vacío. Así, según la ciencia investigaba más a fondo la naturaleza de la materia para encontrar los ladrillos del mundo newtoniano, encontraron en su lugar un mundo extraño y misterioso con pequeñas motas de materia rodeadas de enormes espacios vacíos. Así nació la ciencia de la física cuántica, con el objeto de explicar cómo funciona el mundo a través del estudio de estos pequeños componentes que se encuentran en el corazón del nuestro universo.

Entender completamente el mundo cuántico va más allá del alcance de este artículo, y algunos de los mejores físicos de la historia han dicho que es casi imposible.

«Si cree que entiende la mecánica cuántica,
entonces es que no entiende la mecánica cuántica.»
Richard Feynman

«Cualquiera que no esté impactado por la teoría cuántica, no la ha entendido.»
Niels Bohr
Suena desalentador, pero los principios básicos de la física cuántica son relativamente fáciles de comprender.

1) Todo es energía
Volviendo al hecho de que los átomos son casi al completo espacio vacío, ¿cómo puede ser que las cosas se comporten como si fueran sólidas, y así nos lo parezcan, a pesar de no contener masa real. La razón es que el espacio “vacío” dentro de cada átomo en realidad está lleno de ENERGÍA. Esta energía subatómica está en constante vibración, lo que causa un poderoso efecto de rotación, algo así como pequeños tornados. Es por eso que notamos las cosas sólidas y no podemos atravesar una pared con la mano, ya que las vibraciones energéticas de los átomos en la pared resisten las vibraciones energéticas de los átomos en la mano. Eso explica por qué las cosas en el mundo material parecen sólidas, pero ¿por qué se ven de esa manera? Si los átomos en una flor no tienen masa material, ¿por qué se ve tan bonita y tiene un aroma tan dulce?
Eso es porque la ENERGÍA en los átomos tiene INFORMACIÓN codificada dentro de sus vibraciones. Cuando miramos una flor (o cualquier otra cosa) realmente estamos mirando el espacio vacío de sus átomos. Sin embargo, nuestro cerebro es como un ordenador que puede interpretar la información que está dentro de los átomos de la flor y luego “mostrarla” de forma física. La flor está hecha de espacio “vacío”, pero el cerebro interpreta la información codificada en ese espacio como la belleza que vemos.

2) Dualidad onda-partícula
Los cuerpos subatómicos que conforman los átomos (electrones, neutrones, etc.) pueden aparecer en forma de partícula diferente o como onda energética amorfa. Cuando algo se encuentra en formato de onda no tiene existencia definida; solamente representa una cantidad infinita de posibilidades sobre cómo y dónde puede existir. Sólo tiene existencia medible cuando elige el formato de partícula. Seguimos porque esto nos lleva a...

3) El Principio de Incertidumbre
Vale, aquí es donde la cosa se pone bien curiosa. Hemos establecido que la base de toda materia es energía cuántica intangible que gira y gira, como cúmulo de posibilidades en formato onda sin existencia material definida. Pero sólo tiene esta cualidad fantasmal cuando no está siendo observada. Cuando se observa, como por ejemplo cuando un científico intenta medirla, las cualidades de la onda indeterminada desaparecen y se convierte en una partícula real con una localización definida. En otras palabras: al nivel subatómico, cuando enfocas tu conciencia sobre algo lo traes al mundo material.

4) Enredo cuántico
Esto es algo muy extraño que Einstein llamó «acción espeluznante a distancia». De forma simplificada, significa que cuando las partículas subatómicas se entremezclan se “enredan” unas con otras y se forma un vínculo permanente. Una vez que esto ha sucedido, cualquier cosa que experimente una de esas partículas lo sentirá la otra instantáneamente, sin importar la distancia entre ellas. Las partículas enredadas pueden estar a miles de kilómetros de distancia, pero cuando pellizcas a una, la otra salta en el mismo momento.

El Teorema de Bell lleva esto un paso gigante más allá al declarar que esta matriz conectiva no sólo sucede a nivel cuántico, sino que también existe a nivel macro de personas, lugares y cosas. Esto supone una demostración científica de que todos estamos conectados, a través de nuestra conciencia, a una “unidad” que fluye desde las partes más ínfimas de nuestro ser hasta los confines del cosmos... pero este tema lo dejaremos para otra ocasión.