Mitos y leyendas sobre Mecánica Cuántica

Mitos y leyendas sobre Mecánica Cuántica (Parte I: la radiación del cuerpo negro)

Este artículo es la primera parte de un conjunto de artículos que voy a redactar sobre determinados aspectos de la mecánica cuántica que en general son malinterpretados.

Antes de nada, quiero recalcar que este artículo está pensado para un público que desconoce la Física más allá de la de Newton. Posiblemente algún lector encuentre esto una discusión cuasi trivial, pero el objetivo de esta web es llegar también a las personas que únicamente disponen de formación elemental y, eso sí, de mucha curiosidad y ganas de aprender.

1. Situación y contexto histórico.

A finales del siglo XIX se pensaba que quedaba relativamente poco tiempo para concluir la Física, que no quedaba mucho para alcanzar la descripción absoluta del universo. Ahora mismo nos parece una afirmación extraordinariamente presuntuosa y si bien es cierto, en aquella época los avances conseguidos en física teórica eran muy halagüeños y todo parecía apuntar en esa dirección. Nadie podía presagiar que los pocos flecos que quedaban por peinar iban a desatar una revolución que cambiaría para siempre nuestra concepción del mundo.

Había una serie de problemas en Física que eran molestos porque aún estaban abiertos y sin resolver. Uno de ellos era el "espectro de emisión del cuerpo negro". Todo cuerpo sólo por el hecho de estar a una temperatura, emite radiación. En Física, un cuerpo negro es un objeto ideal que es capaz de absorber -o emitir- cualquier cantidad de energía en forma de radiación electromagnética. Por ejemplo, el filamento de wolframio de las bombillas convencionales se comporta como un cuerpo negro y en general, casi cualquier material calentado lo suficiente.

Pues bien, el espectro de emisión, que es lo que nos dice qué tipo de radiación y con qué

intensidad emite un cuerpo (también existe el de absorción, sería respectivamente la radiación que es absorbida) tiene una forma característica y lo que buscaban era encontrar la expresión matemática que explicara ese comportamiento.

Los intentos realizados eran confusos, permitían explicar unas zonas del espectro pero otras no. Quizás los dos intentos más relevantes fueron la ley de Wien y la ley de Rayleigh-Jeans. Ambas eran complementarias.

La ley de Rayleigh-Jeans partía del argumento del electromagnetismo clásico que un cuerpo por tener una temperatura, radiaba y cuanto mayor fuera la energía que poseyera, mayor sería la cantidad de radiación emitida. En concreto, la densidad de energía emitida debía ser proporcional al cuadrado de la frecuencia.

donde I(v) es la intensidad emitida, v es la frecuencia, T la temperatura y el resto, son constantes.

Esta ley se aproximaba relativamente bien en la primera parte del espectro, con frecuencias pequeñas (infrarrojo) pero fracasaba estrepitosamente en las frecuencias mayores, correspondientes a longitudes de onda más pequeñas. Además tenía un problema añadido, y es que violaba el principio de conservación de la energía porque cada vez la energía era mayor, lo cual implicaba densidades de energía infinitas y eso no podía ser. Hacía falta un espectro que creciera con la frecuencia pero que para frecuencias altas, decreciera de modo que encerrase un área finita (puesto que el área está relacionada con la energía irradiada).

Este fallo se dió en llamar Catástrofe de Rayleigh-Jeans o Catástrofe Ultravioleta , precisamente la zona del espectro donde fracasaba.

Por su parte, Wien intentó hacer un ajuste experimental y propuso que el máximo de emisión en longitud de onda era inversamente proporcional a la temperatura. El problema es que cuanto mayor es la temperatura a la que se emite menor es la longitud de onda. Si fuera cierta, dado que el Sol tiene una temperatura de unos 6000 K, la longitud de onda caería en la zona verde del espectro visible. Esto contradice que el color del cielo sea azul debido a la dispersión Rayleigh de los rayos solares y que el Sol se vea de color amarillo.

Entonces a Max Planck se le ocurrió la genial idea de unir ambas en donde éstas funcionaban bien, haciendo una interpolación entre ellas. Con ello obtuvo una expresión tal que así:

Como vemos, la expresión se complica. Aparece la frecuencia al cubo multiplicando a la inversa de una función con una exponencial que a su vez contiene a la frecuencia y a la temperatura. En fin, algo bastante lioso.

Sin quererlo, Planck había descubierto algo grandioso. Pero no sabía el qué y presentó tal cual el resultado que se ajustaba como un guante al espectro de emisión del cuerpo negro.

Al poco tiempo cuando se puso a profundizar, se dió cuenta que dado que el producto se trata de energía, la energía no es un continuo, sino que está conformada por paquetes o cuantos de energía, cada uno de ellos, con energía . Acababa de descubrir lo que más tarde se llamaría fotón: la partícula responsable de la interacción electromagnética.

Esto fue un vuelco conceptual tremendo para la Física y hasta muchos años después no se dieron cuenta del alcance y las implicaciones que esto tenía. Había nacido la mecánica cuántica: el mundo de lo extremadamente pequeño, donde las magnitudes físicas están cuantizadas y donde, como veremos en la siguiente entrega, nada es lo que parece. O tal vez si.

Fuente: http://www.migui.com/ciencias/fisica/mitos-y-leyendas-sobre-mecanica-cuantica-parte-i-la-radiacion-del-cuerpo-negro.html

Arellano A. Wilson I.

Relatividad y Mecánica Cuántica

Relatividad y Mecánica Cuántica

La física del siglo XX se sustenta sobre dos pilares: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. La primera obra casi exclusiva de Albert Einstein, describe los fenómenos naturales en los que están involucradas velocidades cercanas a la de la luz. La segunda, en cuya formulación participó una pléyade de grandes físicos de principios del siglo XX, es la mecánica del mundo de los átomos y las partículas que los constituyen.

Así como la teoría de la relatividad introdujo conceptos que chocaron con el sentido común, la mecánica cuántica expuso una descripción del mundo microscópico que en nada se parecía al de la experiencia diaria. De acuerdo con la mecánica cuántica, las partículas atómicas no se comportan como los objetos del mundo macroscópico, sino que tienen propiedades a la vez de partículas y de ondas.

El lector recordará que ya tuvimos ocasión de conocer una partícula con esta característica: el fotón, que a veces se manifiesta como onda y a veces como partícula. Esta es una propiedad de todas las partículas elementales, electrones, protones, neutrones, etc. que constituyen los átomos, por lo que los fenómenos en ese nivel se producen de acuerdo a leyes muy peculiares. Por principio de cuentas, es imposible caracterizar una partícula elemental por su posición y su velocidad, tal como ocurre en la física newtoniana. AL contrario, en la mecánica cuántica sólo se puede calcular la probabilidad de encontrar una partícula en cierto estado físico. Tal probabilidad se obtiene a partir de una expresión matemática, la función de onda.

En la mecánica newtoniana se calcula la posición y la velocidad de una partícula a partir de ecuaciones matemáticas, que relacionan el movimiento de la partícula con la fuerza que se le aplica de acuerdo con la segunda ley de Newton ( fuerza = masa x aceleración ).

En cambio, en la mecánica cuántica se calcula la probabilidad de encontrar una partícula en cierto estado físico, utilizando ecuaciones matemáticas, en particular la ecuación deducida por el físico alemán Erwin Schrödinger en 1926, que relaciona la función de onda de la partícula con la fuerza aplicada sobre ella.

Gracias a esta ecuación, los físicos lograron resolver un gran número de problemas relacionados con los átomos y las partículas que los componen. Un nuevo nivel de la realidad se había revelado, donde regían leyes totalmente distintas las de nuestro mundo macroscópico.

La ecuación de Schrödinger tiene un rango de validez muy amplio, pero restringido a fenómenos en los que no se involucran velocidades cercanas a la de la luz. La mecánica cuántica nació como una extensión de la mecánica newtoniana al mundo atómico y, por ello precisamente llevaba inherentes las limitaciones básicas de ésta. En los años treinta, los fenómenos relativistas aún no tenían cabida en la nueva física cuántica. Era necesario, pues, unir la mecánica cuántica y la relatividad.

P. A. M. Dirac y el anti-mundo

La ecuación de Schrödinger es compatible con el principio de relatividad de Galileo, pues está basada en los principios de la mecánica newtoniana. Generalizar esa ecuación para hacerla compatible con la relatividad de Einstein no parecía, en principio, demasiado difícil. Ya en 1926, los físicos Klein y Gordon propusieron una ecuación con esas características que tenía una forma matemática relativamente simple, mas no describía adecuadamente los fenómenos cuánticos. Uno de sus principales defectos era que las partículas supuestamente descritas podían poseer cualquier energía, incluso negativa; como todo cuerpo en la naturaleza tiende a pasar, cuando se le deja libre, de un estado de mayor energía a otro de menor energía, resultaría que todas las partículas del Universo tenderían a un estado con energía infinitamente negativa, como si cayeran en un pozo sin fondo. Evidentemente, una ecuación que predice tal comportamiento no puede corresponder al mundo real.

El problema de unir adecuadamente la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad parecía estancado hasta que, en 1930, el físico inglés Paul Adrian Maurice Dirac logró deducir una ecuación que describe adecuadamente los fenómenos cuánticos y es compatible con el principio de la relatividad. Si existe algo así como una estética matemática, la ecuación de Dirac es una verdadera obra de arte, por la manera tan ingeniosa con la que el físico inglés resolvió un problema aparentemente irresoluble.

Sin entrar en detalles técnicos, que rebasarían los propósitos del presente libro, señalaremos que la ecuación de Dirac permite calcular la función de onda de un electrón, y de otras partículas elementales, tomando en cuenta todos los efectos relativistas. Sin embargo, adolecía del mismo defecto que mencionamos anteriormente: de acuerdo con esta ecuación, un electrón podía tener una energía infinitamente negativa. Pero lo que parecía una dificultad técnica resultó ser, gracias al ingenio de Dirac, la clave para descubrir un aspecto insospechado de la Naturaleza.

Para evitar que todos los electrones del Universo cayeran a estados con energías infinitamente negativas, Dirac propuso que todos los estados con energía negativa estaban ocupados ya por electrones, aunque éstos no se puedan detectar directamente (¡el vacío de la mecánica cuántica resulta ser un mar infinito de partículas!, y esta aparente contradicción es todavía uno de los problemas más complejos de la física moderna). Pero si llegara a faltar uno de estos electrones de energía negativa, su ausencia, se detectaría como la presencia de una partícula con energía positiva y con la carga eléctrica contraria a la del electrón. Esa nueva partícula, predijo Dirac, sería un electrón; tendría la misma masa que un electrón y todas las demás propiedades, excepto el signo de la carga eléctrica, que sería positivo, razón por la que esa nueva partícula fue bautizada positrón. Más aún, Dirac predijo, con base en su modelo, que al ponerse en contacto un electrón con un positrón los dos se aniquilarían, transformando la totalidad de sus masas en energía en forma de dos rayos gamma (fotones de altísima energía). Además, el argumento de Dirac podía aplicarse a cualquier partícula, por lo que predecía que existen en la Naturaleza antiprotones, antineutrones, e incluso antiátomos, compuestos de positrones y anti-núcleos.

La hipótesis de Dirac fue confirmada definitivamente poco tiempo después de haber sido formulada. En 1932, se detectaron positrones en el flujo de rayos cósmicos que llegan a la superficie terrestre, con las características predichas por la teoría: carga positiva y misma masa que los electrones. Incluso se descubrió posteriormente que algunos elementos radiactivos emiten positrones al decaer sus núcleos. Y en los años cincuenta, cuando empezaron a funcionar los grandes aceleradores de partículas para estudiar el mundo subatómico, se logró producir antiprotones, antineutrones y todo tipo de antipartículas.

Con las antipartículas se pueden formar, en principio, antiátomos, anti-moléculas e incluso anti-mundos, estrellas y planetas, habitados por seres de antimateria. Los fenómenos naturales en esos anti-mundos serían idénticos a los que conocemos, con la única diferencia que el signo de todas las partículas atómicas estaría invertido; esto se debe a que las leyes de la física son (casi) iguales para la materia y la antimateria. La apariencia visual de estos anti-mundos sería indistinguible de un mundo de materia, pues la luz (y en general los fenómenos electromagnéticos) no hace distinción entre materia y antimateria. Pero si un día nos visitara un ser de antimateria las consecuencias serían catastróficas para todos: se aniquilaría totalmente al pisar tierra, produciendo una explosión mucho más fuerte que una bomba atómica.

El mecanismo más eficiente que existe en la Naturaleza para transformar masa en energía es la aniquilación de la materia con la antimateria; la eficiencia del proceso es del 100%, pues la totalidad de la masa se convierte en energía en forma de rayos gamma. Desgraciadamente, no es un proceso aprovechable para usos prácticos pues no existen yacimientos de antimateria en la Tierra: se pueden producir antipartículas en los aceleradores de partículas, a costa de invertir enormes cantidades de energía, pero es imposible almacenarlas, pues se aniquilan al menor contacto con la materia.

Las partículas (y antipartículas) elementales

A pesar de lo que indica su nombre, un átomo no es indivisible, sino que está constituido por electrones, que giran alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones. Al principio, los físicos pensaron que los elementos básicos del Universo eran estas tres partículas: electrón, protón y neutrón, y la partícula de la luz: el fotón. Pero él número de las partículas supuestamente elementales empezó a aumentar, primero lentamente y después, en forma alarmante...

Primero, con la teoría Dirac, aparecieron en la escena los positrones, los antiprotones y los antineutrones. Incluso una partícula eléctricamente neutra como el neutrón tiene su antipartícula correspondiente. ¿Cómo distinguir un neutrón de un antineutrón, si no tienen carga eléctrica que los diferencie? La manera más simple es ponerlos en contacto: se aniquilan mutuamente produciendo dos fotones extremadamente energéticos. En cambio, un fotón no puede distinguirse de un anti-fotón, pues dos fotones al ponerse en contacto no producen nuevos fotones, sino que prosiguen su existencia sin inmutarse: por esta razón, el fotón es una partícula que no posee antipartícula, o dicho más precisamente, es indistinguible de ella.

El decaimiento beta: un neutrón se transforma en un protón emitiendo un electrón y un neutrino.

En 1930, surgió una pequeña alarma por lo que podría ser una violación de la ley de conservación de la energía y, particularmente, de la fórmula E = mc 2 . El decaimiento beta es una reacción por la cual un neutrón se transforma en un protón, emitiendo un electrón; esta reacción es posible gracias a que la masa del neutrón es ligeramente superior a la del electrón, por lo que la diferencia de masa se transforma en la energía para crear el electrón emitido (Figura 20). Sin embargo, al estudiar el decaimiento beta, los físicos se dieron cuenta que el electrón resultante poseía siempre menos energía de la que se esperaría. Se llegó a sospechar que la fórmula de Einstein estaba equivocada, pero en 1930 el físico Wolfgang Pauli propuso una solución: la energía faltante se la llevaba una partícula hasta entonces desconocida, sin carga eléctrica y con masa nula o extremadamente pequeña. Tal partícula fue bautizada neutrino y su existencia fue confirmada varios años después, salvándose así la ley de conservación de la energía.

El neutrino es una partícula muy curiosa; se sabe en la actualidad que hay por lo menos dos tipos de neutrinos (muy probablemente tres y quizás más), con sus respectivos antineutrinos. La masa del neutrino parece ser exactamente cero, por lo que esta partícula viaja siempre a la velocidad de la luz, tal como el fotón. A diferencia de otras partículas, los neutrinos no tienen ninguna interacción con los fotones, razón por la que un neutrino y un antineutrino no se aniquilan al chocar, pues no pueden producir un par de fotones.

Sentido de rotación de un neutrino y un antineutrino con respecto a la dirección de su movimiento.

¿Cómo distinguir entonces un neutrino de un antineutrino, si ninguno tiene carga eléctrica? La respuesta es muy interesante: el neutrino, al igual que muchas otras partículas elementales, posee un momento angular, o dicho en palabras más simples, gira sobre sí mismo. Lo que distingue un neutrino de un antineutrino es el sentido en el que giran. Esto se ilustra en la figura 21: vistas desde atrás con respecto a la dirección de su movimiento, un neutrino gira en sentido contrario al de las manecillas de un reloj y un antineutrino en el otro sentido. Sin embargo, podríamos pensar que si nos movemos más rápido que un neutrino, lo veríamos moverse en sentido contrario girando como si fuera un antineutrino... ¡Pero recordemos que los neutrinos se mueven a la velocidad de la luz, por lo que es imposible rebasarlos! Debido al límite natural que representa la velocidad de la luz, la distinción entre neutrinos y antineutrinos tiene un sentido físico muy claro.

Otras partículas siguieron apareciendo en escena. En 1935, el físico japonés Hideki Yukawa propuso la existencia de ciertas partículas, que llamaron mesones, para explicar la fuerza nuclear entre protones y neutrones. Los mesones fueron descubiertos una década después.

En los años cincuenta, los físicos habían descubierto todo un zoológico de partículas elementales con masas muy diversas, aunque casi todas eran inestables y se transformaban rápidamente en otras partículas. La única regularidad que se podía notar entre ellas era la carga eléctrica, que siempre es un múltiplo, positivo o negativo, de la carga del electrón. Parecía existir, pues, en la Naturaleza una unidad fundamental de carga eléctrica: el electrón posee una unidad negativa y el protón una unidad positiva; los mesones pueden tener tanto carga positiva como negativa; algunas partículas como el neutrón, el neutrino y el fotón, poseen carga cero, mientras que otras partículas más raras tienen dos o más unidades de carga.

Para poner un poco de orden en la familia de las partículas elementales, el físico estadounidense Murray Gell-Mann sugirió en los años sesenta que las partículas como los mesones, protones, neutrones y otras más pesadas están constituidas por partículas aún más elementales, a las que bautizó cuark. La carga de los cuarks debe ser un tercio o dos tercios de la unidad fundamental de carga, con lo que se pueden explicar las propiedades básicas de las partículas elementales: Por ejemplo, el protón está formado por dos cuarks con carga +2/3 y uno con carga - 1/3, dando una carga neta igual a una unidad; el neutrón consta de dos cuarks con carga -1/3 y uno con carga +2/3, siendo la carga total nula; en cuanto a los mesones, están formados por parejas de cuarks y anti-cuarks, por lo que se desintegran rápidamente en el estado libre.

El modelo propuesto por Gell-Mann era muy ingenioso, y muchos datos experimentales lo confirmaban, excepto el hecho que nadie podía detectar un cuark. Durante años, los físicos trataron de encontrar cuarks aislados en estado natural, sin tener éxito, hasta que se dieron cuenta que los cuarks no pueden existir solos. La razón es que los cuarks se encuentran unidos entre si con una fuerza enorme que, además, aumenta con la distancia. Al contrario de la fuerza eléctrica o la gravitacional, que disminuyen al aumentar la distancia entre los cuerpos que se atraen, los cuarks están ligados entre sí por una interacción que aumenta con la separación, tal como un resorte que, mientras más se estira, atrae con mayor fuerza.

La analogía del resorte puede ilustrar la razón por la que los cuarks no existen aislados. Supongamos que queremos separar dos cuarks ligados entre sí; podemos estirar el resorte que los une más y más hasta que se rompe. Pero para romper un resorte, hay que invertir energía. En el caso de los cuarks esta energía es tan grande que puede transformarse en la masa de dos nuevos cuarks. El resultado es que, al romperse el resorte, se producen dos parejas de cuarks en lugar de dos cuarks aislados, tal como se ilustra en la figura.

La interacción entre los cuarks es análoga a un resorte. La energía almacenada en el resorte permite crear un par de  cuarks.

Hoy en día, los físicos piensan que los constituyentes básicos de la materia son los cuarks, por una parte, y los llamados leptones (partículas ligeras como el electrón y el neutrino) por la otra. Éstas se estudian en los aceleradores de partículas, donde alcanzan velocidades muy cercanas a la de la luz, gracias a las enormes cantidades de energías invertidas. Al chocar entre sí, las partículas forman nuevas partículas. La comprensión de estos fenómenos ha sido posible gracias a la unión de las dos grandes teorías de la física moderna.

Fuente: http://www.librosmaravillosos.com/relatividadparaprincipiantes/capitulo06.html

Arellano A. Wilson I.

Mecánica Cuántica

Mecánica Cuántica

En el mundo actual se fabrican costosísimos automóviles de lujo, a razón de doce unidades por hora, sin que intervenga la mano del hombre; sistemas agrícolas que calculan la rentabilidad exacta de cada metro cuadrado de tierra sin importar cuantos miles de hectáreas sean; helicópteros del tamaño de una abeja; sistemas de clonación perfecta; computadoras que no tienen teclado ni ratón, que además se reducen al tamaño de un lapicero; equipos que localizan un cáncer dentro del cerebro, lo extirpan con radiaciones especiales sin fallar un milímetro en su localización; naves que viajan en el espacio por cientos de años explorando el universo; y lo más espectacular: equipos experimentales de teletransportación, mediante los cuales un día cambiaremos de lugar sin viajar, o viajaremos sin movernos, como usted mejor lo quiera entender. Pero a pesar de todos esos avances, los futurólogos nos dicen que las veinte empresas más importantes del mundo en los próximos veinte años están por nacer, pues trabajarán con tecnologías que aún no salen al mercado. Ante este panorama tan sorprendente, no nos queda más que preguntarnos: ¿qué es todo esto? ¿Hasta dónde ha llegado la ciencia? ¿Qué tanto más nos falta por descubrir? ¿Y nuestro país, dónde se ubica en todo este fenomenal desarrollo científico-técnico?

No piensen que estoy tratando de imitar a Julio Verne o que les quiero hacer pensar que soy un experto en la materia. Ni lo uno ni lo otro. Simplemente he decidido "romper el vidrio" para que suene la alarma cerebral de los emprendedores nacionales.

Un abismo cada día más grande

Admirado y animado por todo lo que ocurre en el campo de la ciencia, investigué un poco y descubrí que todas esas maravillas de la tecnología tenían una base en común: la mecánica cuántica. Una ciencia que comenzó a desarrollarse hace 70 años y que en pleno siglo 21, en Nicaragua nos suena a una magia imposible de dominar con nuestras manos callosas de sembrar la tierra con espeque y mentalidad formada en universidades huérfanas de investigación, repletas de profesores "karaoke", que repiten viejos dogmas en color sepia.

La mecánica cuántica es la base de la tecnología moderna. Con ella se ha construido un mundo imposible de imaginar hace treinta años y apenas esbozado en la introducción de esta página. Quienes dominan esta tecnología de lo "imposible" parecen correr a velocidades supersónicas, mientras en países como el nuestro viajamos a lomo de mula.

Visto así, es fácil entender que el abismo tecnológico entre quienes pueden y nosotros, es cada día más grande. Para "romper el vidrio" y siendo audaz al tratar de abordar un tema tan complejo en palabras sencillas, decidí entrevistar a un físico-matemático y docente universitario, muy conocido por nosotros: el doctor Moisés Hassan. Con él haremos un primer recorrido por el mundo de la física moderna y el "mágico" mundo de la mecánica cuántica.

Moisés, ¿qué relación tiene la física moderna con el desarrollo económico?

Una sociedad donde la cultura tecnológica y científica no tiene un lugar especial es una sociedad cuyas posibilidades de desarrollo son muy limitadas, y está condenada a realizar copias burdas de lo que se produce en sociedades tecnológicamente avanzadas. En nuestra sociedad ha habido predominancia de la cultura humanística, artística, lo cual es bueno y correcto, porque son las expresiones del espíritu las que hacen feliz nuestra mente, pero la otra cultura está totalmente subdesarrollada. Las sociedades avanzadas han manejado un balance entre las dos culturas.

¿Qué hacen los profesores universitarios al respecto?

Nos hemos limitado en las aulas a realizar un trabajo un poco mecánico, sin dedicar esfuerzos por fuera… adicionales. Claro, esto es muy difícil, dadas las condiciones del profesorado nacional. Se requiere de una cruzada para llegar a la mente de los nicaragüenses y que apoyen la investigación científica.

Otro de los defectos que he encontrado en la enseñanza de la física es que las clases no son muy motivadoras. Empezamos a hablar de la Ley de Newton, de campos eléctricos, etc., sin antes haber despertado la curiosidad del estudiante. Te puedo hablar de mi propia experiencia. Muy chavalo, acostado en un sofá en la casa de mis padres, leí un artículo de Selecciones (revista popular) que decía que la materia por muy sólida que parezca es principalmente vacío, y ponía el siguiente ejemplo: si se tomara un edificio de cinco pisos y se lograra quitar los espacios vacíos que existe entre cada átomo de esa construcción, dicho edificio se convertiría en una pelotita de un centímetro de diámetro (ancho).

Otro ejemplo: el Sol mide aproximadamente un millón de kilómetros de diámetro, y el día que pierda todo su combustible (hidrógeno y helio), probablemente se reduzca a una estrella de diez o veinte kilómetros de diámetro. Al perder su combustible, los átomos ya no estarían en movimiento. Este tipo de información despierta curiosidad.

¿Cuál es la diferencia entre la física tradicional y la física cuántica?

La física tradicional o mecánica de Newton es excelente para estudiar el Sistema Solar; se puede predecir la posición de los planetas, eclipses y todo lo que vos querrás para los próximos 500 años. Sin embargo, se descubrió que cuando los cuerpos se mueven a la velocidad de la luz, los resultados de esa física tradicional no son válidos. Surge entonces la teoría de la relatividad especial para explicar esos fenómenos. Lo mismo sucedió cuando se quiso aplicar esa física al mundo subatómico (microscópico). Por todo lo antes mencionado, nunca se debe asegurar que una teoría es válida al 100%, lo que se debe decir es que no se ha demostrado que falle. A medida que la ciencia avanza, se descubren los límites de las teorías existentes. No es que se abandonen, simplemente se conocen sus límites.

Otro aspecto a considerar es que la física cuántica no es determinista, esto quiere decir que en un experimento realizado en las mismas condiciones pueden obtenerse diferentes resultados, y nosotros no estamos acostumbrados a eso. Al hablar de física cuántica, debemos tener una mente abierta.

Fuente: http://www.ecuadorciencia.org/articulos.asp?id=1684

Arellano A. Wilson I.

La física cuántica confirma que creamos nuestra realidad

La física cuántica confirma que creamos nuestra realidad

La física moderna dice "tú si puedes"

Durante décadas, los poderes de la mente han sido cuestiones asociadas al mundo "esotérico", cosas de locos. La mayor parte de la gente desconoce que la mecánica cuántica, es decir, el modelo teórico y práctico dominante hoy día en el ámbito de la ciencia, ha demostrado la interrelación entre el pensamiento y la realidad. Que cuando creemos que podemos, en realidad, podemos. Sorprendentes experimentos en los laboratorios más adelantados del mundo corroboran esta creencia.

El estudio sobre el cerebro ha avanzado mucho en las últimas décadas mediante las "tomografías". Conectando electrodos a este órgano, se determina donde se produce cada una de las actividades de la mente. La fórmula es bien sencilla: se mide la actividad eléctrica mientras se produce una actividad mental, ya sea racional, como emocional, espiritual o sentimental y así se sabe a qué área corresponde esa facultad.

Estos experimentos en neurología han comprobado algo aparentemente descabellado: cuando vemos un determinado objeto aparece actividad en ciertas partes de nuestro cerebro… pero cuando se exhorta al sujeto a que cierre los ojos y lo imagine, la actividad cerebral es ¡idéntica! Entonces, si el cerebro refleja la misma actividad cuando "ve" que cuando "siente", llega la gran pregunta: ¿cuál es la Realidad? "La solución es que el cerebro no hace diferencias entre lo que ve y lo que imagina porque las mismas redes neuronales están implicadas; para el cerebro, es tan real lo que ve como lo que siente", afirma el bioquímico y doctor en medicina quiropráctica, Joe Dispenza en el libro "¿y tú qué sabes?". En otras palabras, que fabricamos nuestra realidad desde la forma en que procesamos nuestras experiencias, es decir, mediante nuestras emociones.

La farmacia del cerebro

En un pequeño órgano llamado hipotálamo se fabrican las respuestas emocionales. Allí, en nuestro cerebro, se encuentra la mayor farmacia que existe, donde se crean unas partículas llamadas "péptidos", pequeñas secuencias de aminoácidos que, combinadas, crean las neurohormonas o neuropéptidos. Ellas son las responsables de las emociones que sentimos diariamente. Según John Hagelin, profesor de física y director del Instituto para la ciencia, la tecnología y la política pública de la Universidad Maharishi, dedicado al desarrollo de teorías del campo unificado cuántico: "hay química para la rabia, para la felicidad, para el sufrimiento, la envidia…"

En el momento en que sentimos una determinada emoción, el hipotálamo descarga esos péptidos, liberándolos a través de la glándula pituitaria hasta la sangre, que conectará con las células que tienen esos receptores en el exterior. El cerebro actúa como una tormenta que descarga los pensamientos a través de la fisura sináptica. Nadie ha visto nunca un pensamiento, ni siquiera en los más avanzados laboratorios, pero lo que sí se ve es la tormenta eléctrica que provoca cada mentalismo, conectando las neuronas a través de las "fisuras sinápticas".

Cada célula tiene miles de receptores rodeando su superficie, como abriéndose a esas experiencias emocionales. Candance Pert, poseedora de patentes sobre péptidos modificados y profesora en la universidad de medicina de Georgetown, lo explica así: "Cada célula es un pequeño hogar de conciencia. Una entrada de un neuropéptido en una célula equivale a una descarga de bioquímicos que pueden llegar a modificar el núcleo de la célula".

Nuestro cerebro crea estos neuropéptidos y nuestras células son las que se acostumbran a "recibir" cada una de las emociones: ira, angustia, alegría, envidia, generosidad, pesimismo, optimismo… Al acostumbrarse a ellas, se crean hábitos de pensamiento. A través de los millones de terminaciones sinápticas, nuestro cerebro está continuamente recreándose; un pensamiento o emoción crea una nueva conexión, que se refuerza cuando pensamos o sentimos "algo" en repetidas ocasiones. Así es como una persona asocia una determinada situación con una emoción: una mala experiencia en un ascensor, como quedarse encerrado, puede hacer que el objeto "ascensor" se asocie al temor a quedarse encerrado. Si no se interrumpe esa asociación, nuestro cerebro podría relacionar ese pensamiento-objeto con esa emoción y reforzar esa conexión, conocida en el ámbito de la psicología como "fobia" o "miedo".

Todos los hábitos y adicciones operan con la misma mecánica. Un miedo (a no dormir, a hablar en público, a enamorarse) puede hacer que recurramos a una pastilla, una droga o un tipo de pensamiento nocivo. El objetivo inconsciente es "engañar" a nuestras células con otra emoción diferente, generalmente, algo que nos excite, "distrayéndonos" del miedo. De esta manera, cada vez que volvamos a esa situación, el miedo nos conectará, inevitablemente, con la "solución", es decir, con la adicción. Detrás de cada adicción (drogas, personas, bebida, juego, sexo, televisión) hay pues un miedo insertado en la memoria celular.

La buena noticia es que, en cuanto rompemos ese círculo vicioso, en cuanto quebramos esa conexión, el cerebro crea otro puente entre neuronas que es el "pasaje a la liberación". Porque, como ha demostrado el Instituto Tecnológico de Massachussets en sus investigaciones con lamas budistas en estado de meditación, nuestro cerebro está permanentemente rehaciéndose, incluso, en la ancianidad. Por ello, se puede desaprender y reaprender nuevas formas de vivir las emociones.

Mente creadora

Los experimentos en el campo de las partículas elementales han llevado a los científicos a reconocer que la mente es capaz de crear. En palabras de Amit Goswani, profesor de física en la universidad de Oregón, el comportamiento de las micropartículas cambia dependiendo de lo que hace el observador: "cuando el observador mira, se comporta como una onda, cuando no lo hace, como una partícula". Ello quiere decir que las expectativas del observador influyen en la Realidad de los laboratorios… y cada uno de nosotros está compuestos de millones de átomos.

Traducido al ámbito de la vida diaria, esto nos llevaría a que nuestra Realidad es, hasta cierto punto, producto de nuestras propias expectativas. Si una partícula (la mínima parte de materia que nos compone) puede comportarse como materia o como onda… Nosotros podemos hacer lo mismo.

La realidad molecular

Los sorprendentes experimentos del científico japonés Masaru Emoto con las moléculas de agua han abierto una increíble puerta a la posibilidad de que nuestra mente sea capaz de crear la Realidad. "Armado" de un potente microscopio electrónico con una diminuta cámara, Emoto fotografió las moléculas procedentes de aguas contaminadas y de manantial. Las metió en una cámara frigorífica para que se helaran y así, consiguió fotografiarlas. Lo que encontró fue que las aguas puras creaban cristales de una belleza inconmensurable, mientras que las sucias, sólo provocaban caos. Más tarde, procedió a colocar palabras como "Amor" o "Te odio", encontrando un efecto similar: el amor provocaba formas moleculares bellas mientras que el odio, generaba caos.

Por último, probó a colocar música relajante, música folk y música thrash metal, con el resultado del caos que se pudieron ver en las fotografías.

La explicación biológica a este fenómeno es que los átomos que componen las moléculas (en este caso, los dos pequeños de Hidrógeno y uno grande de Oxígeno) se pueden ordenar de diferentes maneras: armoniosa o caóticamente. Si tenemos en cuenta que el 80% de nuestro cuerpo es agua, entenderemos cómo nuestras emociones, nuestras palabras y hasta la música que escuchamos, influyen en que nuestra realidad sea más o menos armoniosa. Nuestra estructura interna está reaccionando a todos los estímulos exteriores, reorganizando los átomos de las moléculas.

El valioso vacío atómico

Aunque ya los filósofos griegos especularon con su existencia, el átomo es una realidad científica desde principios de siglo XX. La física atómica dio paso a la teoría de la relatividad y de ahí, a la física cuántica. En las escuelas de todo el mundo se enseña hoy día que el átomo está compuesto de partículas de signo positivo (protones) y neutras (neutrones) en su núcleo y de signo negativo (electrones) girando a su alrededor. Su organización recuerda extraordinariamente a la del Universo, unos electrones (planetas) girando alrededor de un sol o núcleo (protones y neutrones). Lo que la mayoría desconocíamos es que la materia de la que se componen los átomos es prácticamente inexistente. En palabras de William Tyler, profesor emérito de ingeniería y ciencia de la materia en la universidad de Stanford, "la materia no es estática y predecible. Dentro de los átomos y moléculas, las partículas ocupan un lugar insignificante: el resto es vacío".

En otras palabras, que el átomo no es una realidad terminada sino mucho más maleable de lo que pensábamos. El físico Amit Goswani es rotundo: "Heinsenberg, el codescubridor de la mecánica cuántica, fue muy claro al respecto; los átomos no son cosas, son TENDENCIAS. Así que, en lugar de pensar en átomos como cosas, tienes que pensar en posibilidades, posibilidades de la consciencia. La física cuántica solo calcula posibilidades, así que la pregunta viene rápidamente a nuestras mentes, ¿quién elige de entre esas posibilidades para que se produzca mi experiencia actual? La respuesta de la física cuántica es rotunda: La conciencia está envuelta, el observador no puede ser ignorado".

¿Qué realidad prefieres?

El ya famoso experimento con la molécula de fullerano del doctor Anton Zeillinger, en la Universidad de Viena, testificó que los átomos de la molécula de fullerano (estructura atómica que tiene 60 átomos de cárbón) eran capaces de pasar por dos agujeros simultáneamente. Este experimento "de ciencia ficción" se realiza hoy día con normalidad en laboratorios de todo el mundo con partículas que han llegado a ser fotografiadas. La realidad de la bilocación, es decir, que "algo" pueda estar en dos lugares al mismo tiempo, es algo ya de dominio público, al menos en el ámbito de la ciencia más innovadora. Jeffrey Satinover, ex presidente de la fundación Jung de la universidad de Harvard y autor de libros como "El cerebro cuántico" y "El ser vacío", lo explica así: "ahora mismo, puedes ver en numerosos laboratorios de Estados Unidos, objetos suficientemente grandes para el ojo humano, que están en dos lugares al mismo tiempo, e incluso se les puede sacar fotografías. Yo creo que mucha gente pensará que los científicos nos hemos vuelto locos, pero la realidad es así, y es algo que todavía no podemos explicar".

Quizás porque algunos piensen que la gente "de a pie" no va a comprender estos experimentos, los científicos todavía no han conseguido alertar a la población de las magníficas implicaciones que eso conlleva para nuestras vidas, aunque las teorías anejas sí forman parte ya del dominio de la ciencia divulgativa.

Seguramente la teoría de los universos paralelos, origen de la de la "superposición cuántica", es la que ha conseguido llegar mejor al gran público. Lo que viene a decir es que la Realidad es un número "n" de ondas que conviven en el espacio-tiempo como posibilidades, hasta que UNA se convierte en Real: eso será lo que vivimos. Somos nosotros quienes nos ocupamos, con nuestras elecciones y, sobre todo, con nuestros pensamientos ("yo sí puedo", "yo no puedo") de encerrarnos en una realidad limitada y negativa o en la consecución de aquellas cosas que soñamos. En otras palabras, la física moderna nos dice que podemos alcanzar todo aquello que ansiamos (dentro de ese abanico de posibilidades-ondas, claro).

En realidad, los descubrimientos de la física cuántica vienen siendo experimentados por seres humanos desde hace milenios, concretamente, en el ámbito de la espiritualidad. Según el investigador de los manuscritos del Mar Muerto, Greg Braden, los antiguos esenios (la comunidad espiritual a la que, dicen, perteneció Jesucristo) tenían una manera de orar muy diferente a la actual. En su libro "El efecto Isaías: descodificando la perdida ciencia de al oración y la plegaria", Braden asegura que su manera de rezar era muy diferente a la que los cristianos adoptarían. En lugar de pedir a Dios "algo", los esenios visualizaban que aquello que pedían ya se había cumplido, una técnica calcada de la que hoy se utiliza en el deporte de alta competición, sin ir más lejos. Seguramente, muchos han visto en los campeonatos de atletismo cómo los saltadores de altura o pértiga realizan ejercicios de simulación del salto: interiormente se visualizan a sí mismos, ni más ni menos que realizando la proeza. Esta técnica procede del ámbito de la psicología deportiva, que ha desarrollado técnicas a su vez recogidas del acervo de las filosofías orientales. La moderna Programación Neurolingüística, usada en el ámbito de la publicidad, las relaciones públicas y de la empresa en general, coincide en recurrir al tiempo presente y a la afirmación como vehículo para la consecución de los logros. La palabra sería un paso más adelante en la creación de la Realidad, por lo que tenemos que tener cuidado con aquello que decimos pues, de alguna manera, estamos atrayendo esa realidad.

La búsqueda científica del alma

En las últimas décadas, los experimentos en el campo de la neurología han ido encaminados a encontrar donde reside la conciencia. Fred Alan Wolf, doctor en física por la universidad UCLA, filósofo, conferenciante y escritor lo explica así en "¿Y tú qué sabes?" de la que se espera la segunda parte en pocos meses: "Los científicos hemos tratado de encontrar al observador, de encontrar la respuesta a quién está al mando del cerebro: sí, hemos ido a cada uno de los escondrijos del cerebro a encontrar el observador y no lo hemos hallado; no hemos encontrado a nadie dentro del cerebro, nadie en las regiones corticales del cerebro pero todos tenemos esa sensacion de ser el observador". En palabras de este científico, las puertas para la existencia del alma están abiertas de par en par: "Sabemos lo que el observador hace pero no sabemos quién o qué cosa es el observador".

Hoy recuperadas por la física cuántica, muchas de estas afirmaciones eran conocidas en la Antigüedad, como en el caso del "Catecismo de la química superior", de Karl von Eckartshausen.

Cuadro 1 Nuestro cerebro: un ordenador que procesa información

A cada segundo, en una vida como la moderna llena de estímulos: nos bombardean enormes cantidades de información. El cerebro solo procesa una mínima cantidad de ella: 400 mil millones de bits de información por segundo. Los estudios científicos han demostrado que sólo somos conscientes de 2.000 mil de esos bits, referidos al medio ambiente, el tiempo y nuestro cuerpo. Así pues, lo que consideramos la Realidad, es decir, aquello que vivimos, es sólo una mínima parte de lo que en realidad está ocurriendo. ¿Cómo se filtra toda esa información?

A través de nuestras creencias: El modelo de lo que creemos acerca del mundo, se construye desde lo que sentimos en nuestro interior y de nuestras ideas. Cada información que recibimos del exterior se procesa desde las experiencias que hemos tenido y nuestra respuesta emocional procede de estas memorias. Por eso, los malos recuerdos nos impulsan a caer en los mismos errores.

Cuadro 2: Cómo romper con esos malos hábitos del pensamiento

El cerebro crea esas redes a partir de la memoria: ideas, sentimientos, emociones. Cada asociación de ideas o hechos, incuba un pensamiento o recuerdo en forma de conexión neuronal, que desemboca en recuerdos por medio de la memoria asociativa. A una sensación o emoción similar, reaparecerá ese recuerdo en forma de idea o pensamiento. Hay gente que conecta "amor" con "decepción" o "engaño", así que cuando vaya a sentir amor, la red neuronal conectará con la emoción correspondiente a cómo se sintió la última vez que lo sintió: ira, dolor, rabia, etc. Según Joe Dispenza "si practicamos una determinada respuesta emocional, esa conexión sináptica se refuerza y se refuerza. Cuando aprendemos a "observar" nuestras reacciones y no actuamos de manera automática, ese modelo se rompe". Así pues, aprender a "ver" esas asociaciones es la mejor manera de evitar que se repitan: la llave es la consciencia.

Cuadro 3: La mecánica de la erección

La mejor metáfora del pensamiento creador es el miembro masculino. Una sola fantasía sexual, es decir, un pensamiento erótico, es capaz de producir una erección, con toda la variedad de glándulas endocrinas y hormonas que participan en ello. Nada hay fuera de la mente del hombre pero, sin embargo, se produce un torbellino hormonal que desemboca en un hecho físico palpable. En el lado femenino, también el poder del pensamiento asociado al erotismo se convierte a menudo en hechos físicos, demostrando la capacidad del pensamiento para crear situaciones placenteras… o adictivas. Los más firmes defensores del poder de la visualización llegan a proponer que se puede obtener a través de ella casi todo lo que deseamos.

Fuente : http://www.rafapal.com/?page_id=663

Arellano A. Wilson I.

Identificado el obstaculo en la computacion cuantica

Identificado el obstaculo en la computacion cuantica

Los nanocientíficos sueñan con desarrollar una computadora cuántica, un dispositivo del tamaño de un grano de arena que podría ser más rápido y potente que los PCs modernos. Ya han identificado a los diminutos átomos artificiales llamados "puntos cuánticos" como los materiales más probables para construir estas máquinas, pero se han visto desconcertados por la conducta impredecible de estos puntos a escala nanométrica.

Un equipo de físicos de la Universidad de Ohio cree haber encontrado el problema y ha realizado una propuesta técnica para construir mejores puntos cuánticos. Los investigadores señalan que los defectos formados durante su creación operan como una barrera a la experimentación científica, pero que el obstáculo podría solventarse.

Científicos experimentales en Alemania habían bombardeado puntos cuánticos con luz para crear el estado mecánico cuántico necesario para hacer funcionar una computadora cuántica, pero no pudieron controlar ese estado de forma consistente. Sergio Ulloa, profesor de física y astronomía de la Universidad de Ohio, su colega José Villas-Boas, y el profesor adjunto Alexander Govorov desarrollaron modelos teóricos para averiguar la causa del problema.

Éste se origina durante la creación de los puntos del tipo estudiado. Usando una cámara de epitaxia por haces moleculares (MBE), los científicos rocían una superficie con átomos a altas temperaturas, creando una capa atómica. A medida que se agregan más capas, los puntos cuánticos afloran en la superficie como gotitas de agua. Pero un residuo delgado dejado en la superficie que Ulloa llama la "capa húmeda" puede causar los problemas durante los experimentos. Cuando los científicos bombardearon los puntos cuánticos con un haz de luz en los estudios anteriores, la capa húmeda causó interferencia, en lugar de permitir a la luz entrar en el punto y activar el estado cuántico.

Un punto cuántico -en azul- es excitado por un rayo láser (Foto: Ohio University )

El estudio sugiere que los científicos podrían perfeccionar el proceso reenfocando el haz de luz o cambiando la duración de los pulsos lumínicos para anular los efectos de la capa húmeda. De hecho, ya se ha utilizado el descubrimiento teórico en el laboratorio para manipular un punto cuántico con éxito.

El nuevo hallazgo podría conducir finalmente a mejorar los puntos cuánticos, y a la vez ayudar a los científicos a comprender mejor los estados cuánticos. Es un paso más para encontrar un mejor bit cuántico, que debiera conducirnos a una computadora de este tipo.

Los científicos están creando puntos cuánticos de muchas maneras para usarlos en diferentes aplicaciones. El tipo autoensamblado podría utilizarse en la electrónica óptica y las computadoras cuánticas. Otros tipos, como los puntos cultivados en una solución, podrían emplearse para aplicaciones relativas a la energía solar.

El estudio también ayudará al equipo de la Universidad de Ohio a comprender mejor cómo controlar el espín de los electrones, una propiedad que podría ser el mecanismo subyacente de dispositivos electrónicos más rápidos y eficaces.

Fuente: http://www.solociencia.com/informatica/05041502.htm

Arellano A. Wilson I.

La Mecánica Cuántica, su impacto en la vida diaria y el contexto histórico de la obra "Copenhague"

La Mecánica Cuántica, su impacto en la vida diaria y el contexto histórico de la obra "Copenhague"

Cuando se habla de personas influyentes, uno siempre piensa en los gobernantes o en los políticos. Sin embargo el impacto que ha tenido el descubrimiento de la Mecánica Cuántica en nuestro quehacer diario es tan formidable que es dable pensar que los científicos que contribuyeron a su desarrollo, son las personas que más influyen actualmente en nuestras vidas. Nombres desconocidos como Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Oppenheimer, Gabor, Schockley, Brattain, Roentgen, Dirac, etc. y el único muy conocido Einstein, han cambiado el mundo completamente.

A principios del siglo XX se produjo en el mundo una verdadera revolución científica en el campo de la física, la que respondió a la inquietud del hombre por conocer la estructura de la materia, es decir saber cuales son sus componentes primarias. Ya los griegos habían pensado que estaba formada de pequeñas esferas que ellos denominaron átomos. Pero hasta entonces se trataba sólo de una conjetura. El descubrimiento de los rayos X en 1900 or Roentgen (primer Premio Nobel en Física), permitió tener las primeras evidencias de su existencia.

En las décadas iniciales del siglo pasado se realizaron muchos experimentos tendientes a dilucidar numerosas interrogantes respecto a la naturaleza de los átomos y sus constituyentes. Estos experimentos generaron una gran cantidad de datos. Sin embargo la recolección de resultados experimentales no basta en el trabajo científico. Para hacerlos valederos es necesario tener una visión global y coherente del fenómeno en estudio. Es lo que en la ciencia se llama una teoría. La Mecánica Cuántica es la teoría que por primera vez permitió entender el mundo microscópico de la materia, es decir él de los átomos. Fue el resultado del trabajo intelectual de físicos como Bohr, Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac y otros.

Durante esta época no solo hubo una gran revolución en el campo de la ciencia, pero también el mundo estaba pasando por grandes cambios históricos como la revolución rusa, la primera y segunda guerras mundiales. Las consecuencias de la mecánica cuántica podrían haber completamente cambiado el mundo tal como lo conocemos ahora. Una de las consecuencias casi inmediatas de la mecánica cuántica es que ciertos átomos como el Uranio-235 se pueden fisionar ("quebrar") si un neutrón (una partícula subatómica) choca con el. Cuando esto ocurre, se liberan un gran cantidad de energía y dos neutrones. En turno cada uno de estos neutrones choca con otro átomo de Uranio-235, libera energía y dos neutrones más. Esto es lo que se llama una "reacción en cadena" y da origen a una terrible arma: la bomba atómica. El único problema para construir una bomba atómica es que el uranio tiene varias formas (isótopos). El más abundante en la naturaleza es el Uranio-238 que no es fisionable y el Uranio fisionable (U-235) es solo 0.7% del Uranio que ocurre en la naturaleza. Separar el U-235 de los otros isótopos del Uranio es una tarea monumental. Y la principal dificultad para construir La Bomba.

Heisenberg, ex-discípulo del físico danés Bohr, estaba a cargo del esfuerzo nazi para construir la bomba atómica. En 1941 Heisenberg visitó Dinamarca que estaba bajo ocupación nazi expresamente para encontrarse con Bohr. Después de esta reunión la relación amistosa entre Bohr y Heisenberg se interrumpieron para siempre. Estaba tratando Heisenberg de convencer Bohr que trabaje para el esfuerzo alemán para desarrollar la bomba ¿ Estaba tratando de convencerlo que no ayude a los aliados ¿ Estaba Heisenberg espiando tratando de descubrir que sabia el enemigo ¿ Todo esto esta complicado por relaciones de tipo personales como discípulo-estudiante, padre-hijo, y competidores científicos y por el hecho de que Bohr tenia raíces judías. Michael Frayn, en su obra Copenhague, esta tratando de darnos varias posible soluciones a este misterio.

A todos nosotros este gran misterio nos abre una ventana en las actividades más influyentes y menos conocidas del quehacer humano. A diario uno esta en contacto con la mecánica cuántica a través de los transistores, computadoras, sensores, relojes, teléfonos, aviones, autos, láseres, rayos X, resonancia magnética etc., El mundo moderno esta tan invadido por estos inventos y descubrimientos que son una consecuencia directa de la mecánica cuántica y del trabajo de físicos de nombres comúnmente desconocidos. La existencia de estos dispositivos y artefactos es considerada tan natural como el aire que respiramos. Imaginarse un mundo sin estos avances tecnológicos es casi imposible. Todo esto, consecuencia de descubrimientos en la física básica, que cambio el mundo.

La Mecánica Cuántica no sólo nos permitió la comprensión de los átomos, sino que también introdujo un nuevo universo de conceptos e ideas, muchos de los cuales a primera vista eran descabellados. Sin embargo todas las predicciones de la Mecánica Cuántica han sido confirmadas, incluso aquellas que parecían en total contradicción con el sentido común. No solamente amplió nuestra visión intelectual o filosófica de la realidad. También permitió el desarrollo tecnológico en el cual nos encontramos inmersos en estos días. Así fue posible realizar estudios microscópicos de los materiales con una nueva disciplina, la que se llamó Física del Estado Sólido o Física del Sólido.

La Física del Sólido es la base del desarrollo tecnológico del siglo XX. Por ejemplo, es prácticamente imposible imaginarse las telecomunicaciones modernas sin dispositivos cuyas bases no se encuentren en la Mecánica Cuántica. Un teléfono portátil, por ejemplo, tendría el tamaño de una casa, difícilmente posible de llevárselo al oído. Sin la Mecánica Cuántica habrían muy limitadas comunicaciones internacionales, significaría habernos quedado con el telégrafo de los símbolos de Morse y no existiría la Internet, el correo electrónico, el contacto con bibliotecas internacionales, etc. El mundo actual sería mucho más primitivo y atrasado.

Por otra parte hizo posible el avance de la medicina, con la infinidad de instrumentos nuevos que permiten diagnósticos y tratamientos mucho más simples y precisos. Baste mencionar aquí el láser, el scanner, los equipos de resonancia magnética nuclear, los rayos X, etc. todos los cuales no existirían sin este conocimiento básico.

El transistor, inventado en la primera compañía de teléfonos, Bell Telephone, ciertamente es el invento más importante del siglo XX. Basado en el trabajo de tres físicos de sólidos, Bardeen, Brattain y Shockley, el transistor reemplazó los tubos. Su gran aporte fue la posibilidad de la miniaturización de la electrónica. Esto dio origen a los llamados circuitos integrados. Actualmente estos dispositivos están virtualmente en todos los aparatos y maquinarias que nos rodean: automóviles, aviones, cocina, computadores, medicina, sensores, controles industriales, etc., y ciertamente son esenciales en las telecomunicaciones a través de teléfonos, radio y televisión. Probablemente 99% de la industria moderna y 100% de las telecomunicaciones están impactadas por la invención del transistor. El mundo moderno, sin estos dispositivos, es inimaginable. Por el descubrimiento del efecto del transistor Bardeen, Brattain y Schockley recibieron el premio de Nobel en Física el año 1956.

Foto de un transistor

El láser, junto con la fibra óptica, han aumentado el volumen de comunicaciones posibles y han mejorado enormemente la calidad de la transmisión. Inicialmente, las señales telefónicas se transmitían a través de cables metálicos. Hoy, con la invención de la fibra óptica y del láser, es posible transmitir en el mismo volumen de cables, millones de señales telefónicas más de lo que era posible anteriormente. También, gracias a que las comunicaciones son digitales, la calidad de la señal es enormemente superior, lo que permite, por ejemplo, la transmisión de señales de alta calidad acústica.

Foto de un láser verde

El impacto de la Física del Sólido en el futuro se esta vislumbrando también por descubrimientos e investigaciones basadas la Mecánica Cuántica. Uno de los temas de más intensa investigación actual es el de la llamada Spintrónica. Esta técnica posiblemente dará origen a toda una nueva electrónica digital. Hasta ahora la electrónica estaba basada en la carga eléctrica del electrón. Sin embargo otra propiedad fundamental del electrón, el llamado spin, no ha sido explotada en electrónica. Otro tema de investigación básica es la Computación y Comunicaciones Cuánticas. Una vez más una idea de la ciencia básica tiene implicaciones importantes para el futuro de las comunicaciones seguras, a través de la criptologia (la ciencia que permite enviar mensajes en clave), y la posibilidad de hacer crecer la velocidad de los computadores y de las telecomunicaciones enormemente. A dónde nos llevará esta nueva dirección de investigación básica en Física del Sólido es imposible imaginarse. Tal como hace 30 años hubiera sido imposible imaginar el mundo moderno que nos rodea.

La base de la tecnología moderna es la Mecánica Cuántica aplicada a la Física del Sólido en la cual la escuela de Copenhague de Bohr, Heisenberg, Einstein, Schrödinger jugaron un rol esencial. La obra de teatro Copenhague de Michael Frayn toca íntimamente este tema y discute varios problemas relacionados al desarrollo de la Mecánica Cuántica. La obra describe un encuentro entre dos gigantes de la mecánica cuántica; el danés, Bohr y su discípulo alemán, Heisenberg, durante la ocupación alemana de Dinamarca. Una de las consecuencias importantes de la Mecánica Cuántica es que todas las predicciones son probabilísticas, o sea que nada se puede predecir con absoluta precisión. Frayn muy astutamente mezcla ésto con acciones humanas que producen efectos inesperados como la muerte de un hijo de Bohr, las relaciones impredecibles entre padre e hijo, profesor y discípulo, conquistador y conquistado. Una obra de gran envergadura que ha conquistado los más famosos escenarios teatrales de Londres, Nueva York, Madrid, Buenos Aires etc.

Fuente: http://ischuller.ucsd.edu/copenhague/cuantica.htm

Arellano A. Wilson I.