FISICA CUANTICA : CRUZANDO LA FRONTERA DE LA FISICA CLASICA .

La física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos, que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, o su energía, o conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula (Descrito según el principio de incertidumbre de Heisenberg). Surgió a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta a los problemas que no podían ser resueltos por medio de la física clásica.
Los dos Fundamentos básicos de esta teoría son:

• Las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, denominado quantum (cuanto) de energía.

• La posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante

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Según la Física Clásica, la energía radiada por un cuerpo negro, objeto que absorbe toda la energía que incide sobre él, era infinita, lo que era un desastre. Esto lo resolvió Max Plank mediante la cuantización de la energía, es decir, el cuerpo negro tomaba valores discretos de energía cuyos paquetes mínimos denominó “quantum”. Este cálculo era, además, consistente con la ley de Wien (que es un resultado de la termodinámica, y por ello independiente de los detalles del modelo empleado). Según esta última ley, todo cuerpo negro irradia con una longitud de onda (energía) que depende de su temperatura.

La dualidad onda corpúsculo, también llamada onda partícula, resolvió una aparente paradoja, demostrando que la luz y la materia pueden, a la vez, poseer propiedades de partícula y propiedades ondulatorias. Actualmente se considera que la dualidad onda - partícula es un "concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa".Esta es sin duda la idea más revolucionaria y la más importante que ha hecho la Física Quántica Clásica sobre la naturaleza de la materia ,es consecuencia de su descripción de la dualidad onda/partícula: se trata de la afirmación de que toda la materia, a un nivel subatómico, se pueden describir, de igual manera como partículas sólidas, o como ondas. La misma idea nos dice que ninguna de las dos descripciones es realmente adecuada por si misma, y que ambos aspectos de la materia, considerados como ondas o partículas, debe tenerse en cuenta cuando tratamos de comprender la naturaleza de las cosas, y lo básico es precisamente esta dualidad. El "material" cuántico es esencialmente ambas, partículas y ondas simultáneamente. En esta dualidad del ser quántico se resume en uno del los principios más fundamentales de la teoría quántica: El principio de la Complementariedad,que afirma que las dos maneras de describir o interpretar la materia, como onda o como partícula, se complementan una a la otra, y el cuadro solo surge del "reparto de paquetes". Según esta idea, cada descripción suministra una clase de información de que carece la otra. El que en un momento dado la materia elemental se presenta como una o como otra dependería de las condiciones del conjunto, que son cruciales siendo la más importante es el que haya o no alguien observando. De esta manera, según la Física Quántica, "la mayoría" de los electrones y de otras entidades subatómicas, no son ni partículas enteramente, ni enteramente ondas, sino más bien una confusa mezcla de las dos, conocida con el nombre de "Paquete de Ondas". Esta es la dualidad onda/partícula que es llamada "el misterio quántico". Mientras que podemos medir las propiedades de las ondas o las propiedades de las partículas, las exactas propiedades de la "dualidad" ha sido imposibles de medir por cualquier medio y en cualquier momento. De hecho, lo más que se ha podido hacer con el llamado "Paquete de Ondas" es hacer una "difusa lectura" de su posición y una "no menos difusa" lectura de su impulso

La Física Cuántica trajo consigo, además de nuevos resultados, cambios conceptuales muy importantes que afectan a la forma en la que habitualmente entendemos el mundo que nos rodea. No obstante, cabe señalar que estos cambios conceptuales afectan drásticamente a nuestra visión del mundo microscópico pero no tanto a la del mundo macroscópico . Obviamente muchos fenómenos macroscópicos solo pueden entenderse con base en los principios de la Física Cuántica.



La Física siempre hace el estudio de los fenómenos mediante el estudio de modelos ó representaciones parciales de la realidad. Es importante aclarar que lo se estudia no es directamente la realidad sino el "modelo" que se hace de la realidad .Usualmente, el modelo es una simplificación de la realidad que recoge las características esenciales del aspecto físico que se desea estudiar.

La física cuántica teoriza sobre la constitución íntima de la "materia real" fundamentándola en dos partículas
elementales: fermiones y bosones.


Los fermiones son las partículas que construyen la estructura de la materia, y se encuentran representados por los electrones, protones y neutrones. Son partículas que actúan con cierta independencia y autonomía. Los bosones son los vectores que transportan la esencia y la fuerza de la Naturaleza, facilitando la conjunción del Universo. Son partículas independientes que siempre interactúan entre sí, a veces sincrónicamente, pero que en ciertas condiciones pierden su individualidad. 

Esta paradoja de la interdependencia e individualidad de estas partículas fue enunciada por Einstein, Podolski y Rosen. Los bosones están constituidos por los gluones, gravitones y fotones, siempre con tendencia unívoca a la reunión dispersa. 

La interrelación dinámica entre Fermiones y Bosones, la fundamenta, especialmente, el fotón, que al no tener carga, es su propia antipartícula. Pares de electrones y positrones pueden ser creados espontáneamente por fotones, y este proceso se puede invertir como consecuencia de su propia aniquilación. La antipartícula del electrón es el positrón. La colisión de un fotón (γ) con un electrón (e -) genera un brusco cambio en la dirección de este. El e- absorbe al γ. Luego, lo emite cambiando de nuevo su dirección. La teoría cuántica sólo es posible expresarla en términos matemáticos y describe a la materia como una abstracción. En este sentido, la materia no ocupa ni un espacio puntual ni un tiempo determinado, se encuentra difundida y en un constante movimiento discontinuo, aleatorio e impredecible, en todo el Universo. Las partículas elementales no obedecen a leyes predeterminadas, por lo que para quien las observa en este estado inicial, resultan parecer la consecuencia de una situación caótica. 

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. 

Un nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas elementales, abre posibilidades inéditas al procesamiento de datos. La nueva unidad de información es el qubit (quantum bit), que representa la superposición de 1 y 0, una cualidad imposible en el universo clásico que impulsa una criptografía indescifrable, detectando, a su vez, sin esfuerzo, la presencia de terceros que intentaran adentrarse en el sistema de transmisión. La otra gran aplicación de este nuevo tipo de información se concreta en la posibilidad de construir un ordenador cuántico, que necesita de una tecnología más avanzada que la criptografía, en la que ya se trabaja, por lo que su desarrollo se prevé para un futuro más lejano.

En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica. En el primero, son utilizados los sistemas láser, que aprovechan la cuantificación energética de los orbitales nucleares para producir luz monocromática, entre otras característas. En el segundo, la resonancia magnética nuclear permite visualizar la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magnético en la que se ha introducido al paciente.

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...

Gary Zukav, en La Danza de los Maestros, considerada la mejor obra divulgativa de la física cuántica, expresa: “La mecánica cuántica nos enseña que nosotros no estamos separados del resto del mundo, como habíamos creído. La física de las partículas nos enseña que el resto del mundo no es algo que permanece ocioso allá afuera. Por el contrario, es un brillante campo de continua creación, de transformación y, también, de aniquilamiento. Las ideas de la nueva física pueden dar lugar a que se produzcan experiencias extraordinarias cuando son captadas en su totalidad”. 
El famoso físico John Wheeler escribió: “Al universo ¿lo atrae, de alguna manera, a la existencia la participación de los participantes?... El acto vital es el acto de la participación. Por tanto es el nuevo concepto incontrovertible ofrecido por la mecánica cuántica. Derrota el término observador, de la teoría clásica, que designa al hombre que está seguro detrás de un grueso cristal protector y observa lo que ocurre a su alrededor sin participar en ello. Esto es algo que no puede hacerse en la mecánica cuántica” con la física cuántica aparece también el concepto de realidad como un todo que no se puede fragmentar para ser explicado, tal como ocurre con un holograma. También, la realidad aparece como potencia para la creación, donde se dan, simultáneamente, infinitas posibilidades de formas de expresión, que se concretan según la voluntad del actor. Para la física cuántica, cualquier realidad es posible pero según sea el “ observador- participador ” sólo se concreta una ; todo es posible aunque se concrete sólo una expresión. Si se analiza esto desde el punto de vista filosófico se tendrá que el potencial cuántico depende de las interacciones entre las “partículas” del sistema y el contexto es decir que no sólo se influye en la realidad sino que, en cierta medida, es creada . Se materializan ciertas propiedades en la sociedad porque elegimos medir esas propiedades. El modo de observar el mundo que nos rodea es elegir la realidad en la cual deseamos estar. 


Según la física cuántica, todas nuestras posibilidades están teniendo lugar simultáneamente, no obstante cuando enfocamos nuestra atención en la realidad, apenas una posibilidad se concibe como real para poder experimentarla como experiencia de vida pero debido a nuestras dependencias emocionales, acabamos repitiendo patrones indeseados.
De manera que la física cuántica también plantea una concepción filosófica de la realidad. 

                                                                                                                                              DELIA DUCREAUX

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