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Mecánica Cuántica

Mecánica Cuántica

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Imagina un mundo extraño, un mundo que no se rige por nuestras leyes, un lugar donde, por ejemplo, tirar una pelota o dejar caer una manzana no es predecible como en tu mundo, este extraño lugar se llama “Mecánica Cuántica”.

La mecánica o física cuántica es una rama de la física que estudia sistemas muy pequeños, tan pequeños como los átomos, que crean las biomoléculas que a su vez crean las células que conforman tu cuerpo. La cuántica estudia sistemas como el átomo e incluso algunos más pequeños.

Como te decía, las leyes cuánticas funcionan muy diferente a las del mundo clásico, el mundo en el que vivimos. Las Leyes de nuestro mundo son predecibles, son deterministas. Es decir que conociendo una serie de variables podemos calcular el estado de, por ejemplo, un pedazo de pizza en los próximos 5 minutos, e incluso en los próximos millones de años. En cambio el mundo cuántico es diferente, es aleatorio e impredecible, es in-determinista o estadístico, lo que quiere decir es que a partir de un estado inicial hay más de un posible estado al que poder llegar, y aun así conociendo todas las variables a las que el pedazo de pizza este sujeto, no podremos calcular que pasara con él una vez deje su estado inicial. Este fenómeno de no poder predecir correctamente que pasara con los objetos ocurre siempre, incluso si conociéramos todas las variables que el universo nos permita, predecir estados futuros es simplemente imposible. Pero, ¿porque decimos "aun así conociendo todas las variables que el universo nos permita"? no se supone que podemos medir todas las variables o cualidades que tenga algún objeto, en este caso nuestra pizza. Pues no, hay un principio que establece que, mientras mejor conozcamos una variable peor conoceremos la otra, esto se llama Incertidumbre de Heisenberg y no se produce porque nuestros dispositivos no son lo suficientemente avanzados, sino porque al medir mejor una variable, la otra va a in-determinarse. Esto quiere decir que se van a superponer estados y no podremos saber el valor real, porque no existe un valor real. Más adelante explicaremos esto mejor así que no trates de entenderlo, al menos por ahora.

Pequeña nota técnica: El principio de incertidumbre de Heisenberg es un principio que propone que mientras mejor conozcamos una propiedad de un cuerpo peor conoceremos la otra, es decir que mientras más precisa sea la medición de una variable más indeterminada se encontrara la otra. Este principio se puede ver en una analogía con una balanza.

Aclaro que no hay que entenderlo por ahora, ya hablaremos de propiedades cuánticas y ahí si lo explicaremos bien.

Otra locura del mundo Cuántico, y que ya mencionamos es la superposición de estados cuánticos, pero si te lo menciono así no lo entenderás. Si ahora te explico que esta superposición es que varios posibles estados coexisten en el mismo lugar y tiempo, tampoco lo entenderás. 

Como todas las explicaciones son muy complejas mejor lo explicare con un ejemplo. Probablemente has escuchado de la luz, y que esta es una onda electromagnética, ¿cierto?, bueno, también habrás escuchado que la luz se compone de fotones, una "partícula de luz", pero ¿cómo es esto posible? ¿Cómo la luz puede ser una partícula y una onda a la vez? Esto se explica porque la luz posee dualidad onda-partícula, depende como la veamos puede ser una o la otra, y esto de la dualidad es uno de los mejores ejemplos de superposición de estados, aunque hay uno que me gusta más y que ya explicare más adelante.

En este párrafo hablo sobre un ejemplo del que ya voy a hablar, de hecho tengo que hablar sobre 2 experimentos así que sigue atento a la página. Estos experimentos son el efecto fotoeléctrico y el experimento del gato de Schrödinger.

Algo no tan bonito de la cuántica es que por no ser completamente exacta y predecible han surgido muchas y diferentes interpretaciones de esta rama de la ciencia. Esto se debe a que muy pocos(o nadie) puede comprender real y lógicamente cómo funciona el mundo cuántico, y al intentar entenderlo creamos diversas interpretaciones. Uno de los problemas es que, al observar varias veces un fenómeno clásico siempre ocurrirá lo mismo, en cambio en el mundo cuántico pueden ocurrir varias cosas diferentes de un solo estado inicial, y estas diferencias entre física clásica y cuántica son las que generan que a los científicos les cueste trabajo llegar a un consenso en una sola interpretación.

Las diferencias entre interpretaciones se componen de 2 argumentos. Primero, no hay consenso en la pregunta si la cuántica es o no una teoría completa. Segundo, que ocurre cuando la función de onda decanta.  Aun no explicamos bien que es esto de la función de onda pero si sabes que es, todo este tiempo hemos hablado de ella pero sin nombrarla. La función de onda es un cálculo matemático y estadístico que nos dice en que posible estado va a decantar nuestro estado inicial. Esto es completamente aleatorio, por eso se habla de que la mecánica cuántica es una teoría estadística.

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