Hoy os vengo a hablar de un tema que es ampliamente usado en el mundo, tanto en el científico como en el coloquial. Hasta he escuchado argumentos en base a esto para defender cosas como la creencia en los espíritus y la existencia de planos transcendentales. Hoy, aunque no con mucha profundidad dado lo complicado del asunto, os vengo a hablar de la física cuántica
Nacimiento de una nueva teoría
Nos encontramos al principio del siglo XX. Tras el desarrollo de la teoría clásica del electromagnetismo y de las leyes clásicas del movimiento, parecía que nada más quedaba por descubrir. Sin embargo, este siglo trajo muchas sorpresas. La física clásica (la cual no es que no sea válida, es sencillamente que no abarca todo) daría paso a teorías más modernas. En el año 1900 Max Planck estableció que la energía que tansportaba la luz estaba cuantizada, idea que unos años más tarde emplearía Einstein para explicar el efecto fotoelectrico. Así, esos cuantos de luz recibirían el nombre de fotones. Llegados a este punto, estaba clara la dualidad partícula-onda de la luz. Unos años más tarde, en el año 1924 de Broglie lanza una nueva idea. Tal vez lo que sucede con la luz no se limita solo a esta, sino que se le puede asociar una función de onda también a las partículas. Lo que al principio parecía una idea inocente pronto se demostró, y daría lugar a nuevas preguntas y a la necesidad de una nueva teoría: la teoría cuántica.
Las bases de la teoría cuántica
Hay más de una explicación para el desarrollo de una teoría cuántica, pero nosotros trataremos la más aceptada: la interpretación de Conpenhague. Según esta interpretación, para describir las diferentes magnitudes de una partícula, se necesita de las leyes de la probabilidad y la estadística. Mientras que la física clásica defendía el determinismo, la física cuántica decía (siendo esta una teoría comprobada), que las distintas magnitudes observables de una partícula (como pueden ser la posición, el momento o la propia energía) no se pueden medir todas a la vez y con exactitud. Asociada a cada estado de cada partícula tendríamos una función de onda asociada, de carácter probabilístico, que definiría la distribución de probabilidad de las distintas magnitudes.
Conclusiones del desarrollo de la teoría
Hablemos ahora del principio de incertidumbre, del que seguro habrás oído hablar. A la hora de analizar un estado cuántico, cogiendo según que dos magnitudes, tenemos una incertidumbre asociada, nacida precisamente del desarrollo de las leyes de la estadística y de la probabilidad. De este hecho viene el tan conocido principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual no se puede saber la velocidad y la posición de una partícula con exactitud y a la vez.
Sin embargo, la cosa no termina aquí. Una vez medida la magnitud, la función de onda colapsará para adaptarse a la medición. Es decir, el medir cierta magnitud hace que el estado cambie.
Relacionado con esta teoría tenemos también el conocido efecto túnel. Según que condiciones, una partícula que se dirige hacia un potencial finito (como puede ser una pared) tendrá una cierta probabilidad de atravesarlo.
Lo que acabo de explicar no es sino la parte más cualitativa y sencilla de la mecánica cuántica. Por encima de esto tenemos la teoría cuántica relativista (no la que relaciona la cuántica con la relatividad general, que sería la teoría del todo, sino la que relaciona la cuántica con la relatividad especial) y la teoría cuántica de campos, teorías más complicadas que no me pararé a explicar en esta entrada.
Usos de la teoría
Las ideas que se relacionan con esta teoría son completamente anti-intuitivas. No nos imaginamos tirando una canica contra una pared y que esta desaparezca y la atraviese, ni tampoco incapacitados de medir la posición y la velocidad al mismo tiempo. Pero esta teoría es empleada para dar explicación a fenómenos que no puede dar la física clásica, que son la gran mayoría de las veces los relacionados con el mundo microscópico. Para explicar el mundo macroscópico, el mundo en el que nos movemos, la física clásica funciona perfectamente y, repito, no significa que esté mal por la necesidad del uso de otra teoría para explicar ciertos fenómenos, significa que está limitada. Uno de los experimentos más famosos relacionado con la mecánica cuántica es el experimento de la doble rendija o el experimento de Young (dejo en las referencias un enlace), el cual verlo no deja indiferente a nadie.
Referencias
1) Aitor Bergara; Zientziateka en youtube
2) Quantum mechanics; Cohen-Tannoudji
3) https://www.youtube.com/watch?v=9X0jN3sz3sI; Experimento de la doble rendija
Nacimiento de una nueva teoría
Nos encontramos al principio del siglo XX. Tras el desarrollo de la teoría clásica del electromagnetismo y de las leyes clásicas del movimiento, parecía que nada más quedaba por descubrir. Sin embargo, este siglo trajo muchas sorpresas. La física clásica (la cual no es que no sea válida, es sencillamente que no abarca todo) daría paso a teorías más modernas. En el año 1900 Max Planck estableció que la energía que tansportaba la luz estaba cuantizada, idea que unos años más tarde emplearía Einstein para explicar el efecto fotoelectrico. Así, esos cuantos de luz recibirían el nombre de fotones. Llegados a este punto, estaba clara la dualidad partícula-onda de la luz. Unos años más tarde, en el año 1924 de Broglie lanza una nueva idea. Tal vez lo que sucede con la luz no se limita solo a esta, sino que se le puede asociar una función de onda también a las partículas. Lo que al principio parecía una idea inocente pronto se demostró, y daría lugar a nuevas preguntas y a la necesidad de una nueva teoría: la teoría cuántica.
Las bases de la teoría cuántica
Hay más de una explicación para el desarrollo de una teoría cuántica, pero nosotros trataremos la más aceptada: la interpretación de Conpenhague. Según esta interpretación, para describir las diferentes magnitudes de una partícula, se necesita de las leyes de la probabilidad y la estadística. Mientras que la física clásica defendía el determinismo, la física cuántica decía (siendo esta una teoría comprobada), que las distintas magnitudes observables de una partícula (como pueden ser la posición, el momento o la propia energía) no se pueden medir todas a la vez y con exactitud. Asociada a cada estado de cada partícula tendríamos una función de onda asociada, de carácter probabilístico, que definiría la distribución de probabilidad de las distintas magnitudes.
Conclusiones del desarrollo de la teoría
Hablemos ahora del principio de incertidumbre, del que seguro habrás oído hablar. A la hora de analizar un estado cuántico, cogiendo según que dos magnitudes, tenemos una incertidumbre asociada, nacida precisamente del desarrollo de las leyes de la estadística y de la probabilidad. De este hecho viene el tan conocido principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual no se puede saber la velocidad y la posición de una partícula con exactitud y a la vez.
Sin embargo, la cosa no termina aquí. Una vez medida la magnitud, la función de onda colapsará para adaptarse a la medición. Es decir, el medir cierta magnitud hace que el estado cambie.
Relacionado con esta teoría tenemos también el conocido efecto túnel. Según que condiciones, una partícula que se dirige hacia un potencial finito (como puede ser una pared) tendrá una cierta probabilidad de atravesarlo.
Lo que acabo de explicar no es sino la parte más cualitativa y sencilla de la mecánica cuántica. Por encima de esto tenemos la teoría cuántica relativista (no la que relaciona la cuántica con la relatividad general, que sería la teoría del todo, sino la que relaciona la cuántica con la relatividad especial) y la teoría cuántica de campos, teorías más complicadas que no me pararé a explicar en esta entrada.
Usos de la teoría
Las ideas que se relacionan con esta teoría son completamente anti-intuitivas. No nos imaginamos tirando una canica contra una pared y que esta desaparezca y la atraviese, ni tampoco incapacitados de medir la posición y la velocidad al mismo tiempo. Pero esta teoría es empleada para dar explicación a fenómenos que no puede dar la física clásica, que son la gran mayoría de las veces los relacionados con el mundo microscópico. Para explicar el mundo macroscópico, el mundo en el que nos movemos, la física clásica funciona perfectamente y, repito, no significa que esté mal por la necesidad del uso de otra teoría para explicar ciertos fenómenos, significa que está limitada. Uno de los experimentos más famosos relacionado con la mecánica cuántica es el experimento de la doble rendija o el experimento de Young (dejo en las referencias un enlace), el cual verlo no deja indiferente a nadie.
Referencias
1) Aitor Bergara; Zientziateka en youtube
2) Quantum mechanics; Cohen-Tannoudji
3) https://www.youtube.com/watch?v=9X0jN3sz3sI; Experimento de la doble rendija
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