Una aproximación al mundo cuántico

La física cuántica explica con éxito fenómenos como la  radioactividad  y la antimateria , y ninguna otra teoría coincide con su descripción de cómo se comportan la luz y las partículas a pequeña escala.
Sus teorías puede suponer un detonante. Los objetos cuánticos pueden existir en lugares múltiples al mismo tiempo, lo que requiere un dominio de las estadísticas para describirlos. Plagada de incertidumbre y llena de paradojas, la teoría ha sido criticada por poner en duda la noción de una realidad objetiva – un concepto que muchos físicos, incluyendo Albert Einstein , han encontrado difícil de asumir.

Hoy, los científicos se enfrentan a estos enigmas filosóficos, tratando de aprovechar las extrañas propiedades cuánticas en el avance tecnológico, y luchando para tejer la física cuántica y la relatividad general en una teoría perfecta de la gravedad cuántica.

El nacimiento de una idea

La teoría cuántica comenzó a tomar forma a principios del siglo XX, cuando las ideas clásicas no pudieron explicar algunas observaciones. Las teorías anteriores asumían que los átomos vibran a cualquier frecuencia, dando lugar a la predicción incorrecta de que los átomos irradian cantidades infinitas de energía - un problema conocido como la catástrofe ultravioleta.

En 1900,  Max Planck  resolvió este problema al suponer que los átomos pueden vibrar sólo en frecuencias específicas. Luego, en 1905, Einstein descifró el misterio del efecto fotoeléctrico, por el que la luz que cae sobre metal emite electrones o energías específicas. La teoría actual de la luz como ondas no pudo explicar el efecto, pero Einstein proporcionó una buena solución sugiriendo que la luz llegó en paquetes discretos de energía llamados fotones -lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1921.

El misterio cuántico

De hecho, como un camaleón la luz posee la capacidad de actuar ya sea como una partícula o una onda, dependiendo del tipo de experimento, hecho que ha bloqueado a los científicos durante mucho tiempo. El físico danés Niels Bohr explica esta dualidad onda-partícula acabando con el concepto de una realidad independiente de nuestras observaciones. En su “interpretación de Copenhague”, Bohr argumentó que el acto mismo de la medida afecta a lo que observamos.

Recientes experimentos detectan la evidencia de ambos comportamientos ocurriendo simultáneamente, es decir, la luz se comporta como onda y como partícula al mismo tiempo. Esto sugiere que no pueden existir fotones – la luz aparece cuantificada en función de la forma en que interactúa con la materia.

Otras interpretaciones de la teoría cuántica – de las cuales hay al menos media docena – lidian con el problema de medición sugiriendo aún más conceptos que el de un universo dependiente de la medición empleada para conocerlo. La interpretación más popular sugiere que los objetos cuánticos muestran comportamientos diferentes porque habitan en un número infinito de universos paralelos .

Reglas inciertas

Por cerca de 70 años, esta dualidad onda-partícula se explica por otro principio inquietante de la teoría cuántica – el principio de incertidumbre de Heisenberg. Formulado por  Werner Heisenberg  en 1927, y recientemente revisado, la teoría pone un límite superior en el conocimiento. Se dice que uno nunca puede saber la posición y el momentum de un objeto cuántico – la medición de un aspecto inevitablemente modificará al otro aspecto.

Bohr derrotó a Einstein en una serie de experimentos mentales en los años 1920 y 1930 utilizando este principio, pero el trabajo más reciente sugiere que la causa subyacente de la dualidad observada en los experimentos es un fenómeno llamado entrelazamiento .

En el mundo cuántico, los objetos no son independientes si han interactuado entre sí o participado del mismo proceso. Se vinculan, o enredan, de tal manera que cambiar uno siempre afecta al otro, no importa lo lejos que están – algo que Einstein llamó “acción fantasmal a distancia”.

Esto puede estar involucrado en la superconductividad e incluso puede explicar por qué los objetos tienen masa. También se mantiene la idea de “teletransporte” de partículas a través de grandes distancias. El primer teletransporte de un estado cuántico se produjo en 1998, y los científicos han ido entrelazando más y más partículas de diferentes tipos y tamaños.

• Fuente: New Scientist - Traducción y adaptación de Create and Share