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La mecánica cuántica Problemas de cuerpo negro y luces de colores La teoría cuántica es bonita, es absurda, es compleja, es intrigante, es misteriosa, es divertida… Es muchas cosas. Pero lo más interesante de todo es que NADIE LA ENTIENDE. No hay forma. Y mira que han pas...

La mecánica cuántica Problemas de cuerpo negro y luces de colores La teoría cuántica es bonita, es absurda, es compleja, es intrigante, es misteriosa, es divertida… Es muchas cosas. Pero lo más interesante de todo es que NADIE LA ENTIENDE. No hay forma. Y mira que han pasado grandes genios de la física por ella, pero no hay manera. Richard Feynman, uno de los físicos más brillantes de todos los tiempos, dijo una vez: «Si usted piensa que entiende la mecánica cuántica… Entonces usted no entiende la mecánica cuántica». Lo cual nos deja en la misma situación de antes: nadie ha entendido la mecánica cuántica en toda su extensión. Esto se debe a que sus resultados van completamente en contra de la intuición. Cosas que están en varios sitios a la vez, sistemas conectados, pero separados en el espacio, creación espontánea de materia, partículas que atraviesan paredes… Si en nuestro mundo se apreciaran los efectos cuánticos, las cosas serían muy diferentes… y en ocasiones muy divertidas. Pero ¿de dónde viene todo este lío? A finales de siglo XIX había un problema al que los físicos no encontraban solución: la radiación del cuerpo negro. Un cuerpo negro es un objeto que absorbe toda la energía que le llega. Por eso es negro. No existe ningún cuerpo NEGRO perfecto, pero su estudio es útil porque sirve como modelo, por ejemplo, para analizar cómo funcionan las estrellas. Los cuerpos negros, por vibración de sus átomos, emiten una cantidad de energía que depende solo de la temperatura del cuerpo. Cuanto más caliente está, mayor es la energía emitida, y lo hace en forma de onda electromagnética. La luz que vemos es un tipo de onda electromagnética. En una onda electromagnética los campos eléctrico y magnético se sustentan según las leyes de Maxwell, creándose uno a costa del otro sucesivamente, como en un balancín. Son como olas, con crestas y valles alternos. Una propiedad muy interesante es lo que se conoce como longitud de onda, que es la distancia entre dos crestas seguidas. En las olas del mar la longitud de onda puede ser de unos cinco metros, por ejemplo. La luz está formada por ondas de muchas longitudes de onda juntas. Toda esa colección es lo que se conoce como «espectro». Las ondas de luz con mayor longitud www.lectulandia.com - Página 54 de onda (la distancia entre crestas es mayor) dan lugar al color rojo. Según sube la longitud de onda vamos al amarillo, luego al verde y así sucesivamente por todo el arco iris hasta llegar al azul y al violeta. La sensación de color es por tanto una interpretación que hace nuestro cerebro de las ondas electromagnéticas de una longitud de onda determinada. Los colores son luz de una única longitud de onda. El blanco es la suma de todos los colores y el negro es la ausencia de luz. Así es como se entiende que puedas ver un pantalón como azul: la luz blanca, donde están todos los colores, llega al pantalón, el cual absorbe toda la luz menos la azul, que se refleja. A tus ojos solo llega la luz azul reflejada. Por eso percibes que el pantalón es azul. En la luz roja las crestas están separadas por unos 700 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). En la luz azul la distancia entre picos es de unos 470 nm. Te preguntarás: ¿y el resto de ondas, las que tienen una distancia entre picos mayor que 700 nm o menor que 470 nm? Esas nuestro ojo no las puede ver, son invisibles. Y por suerte es así, porque nos volveríamos locos. Sin embargo, ese tipo de ondas existe y de hecho están por todas partes. Son las ondas del móvil, las de la radio, las de los rayos X o las del microondas. No las podemos ver… ¡pero están ahí! A la luz que está por debajo del rojo y no podemos ver se le llama infrarroja. A la que está por encima del violeta se le llama ultravioleta. Estas ondas no tienen nada de especial. Son luz, pero con una distancia entre los picos (longitud de onda) fuera de nuestro rango de visión. La luz que sale del cuerpo negro debido a la vibración de sus átomos es una suma de muchos tipos de onda y, como vimos, depende de la temperatura. Cuando el cuerpo negro se calienta, pasa de emitir sobre todo en el infrarrojo a hacerse rojo. Si la temperatura sube, pasa al azul. Por eso cuando se calienta algo mucho se pone rojo (y de ahí viene la expresión «al rojo vivo»). En las estrellas, donde se alcanzan temperaturas muy altas, el color varía según lo calientes que estén: rojas, amarillas o azules. ¿Y donde está el problema con todo esto? Pues que según la teoría de Maxwell un cuerpo negro debería emitir ondas de todas las longitudes de onda. Como hay infinitas ondas de diferentes longitudes de onda, la energía emitida debería ser infinita. Y eso no puede ser. Energía infinita… ¿qué dirían los de la compañía eléctrica de esto? Mal. A este resultado, que implica emisión de energía por encima del violeta, se le llamó catástrofe ultravioleta. La www.lectulandia.com - Página 55 solución al problema la dio Max Planck de una forma muy extraña. Tan extraña que a él mismo nunca le gustó. Y, sin embargo, parecía funcionar a la perfección. Si suponemos que la energía de una onda es mayor cuanto menor es la longitud de onda, y que solo se puede dar en múltiplos o paquetes exactos de esa energía, entonces hay una posible explicación al problema del cuerpo negro. Ahora las ondas de muy baja longitud de onda se ven penalizadas, porque son muy costosas de producir: llevan mucha energía. De esta forma la cantidad de ondas que se pueden emitir es menor y la energía emitida deja de ser infinita. El problema está resuelto. A baja temperatura solo hay energía para emitir ondas infrarrojas, más frías. Las calientes, de corta longitud, son muy «caras». Al calentar el cuerpo aumenta la energía disponible y ya se puede emitir ondas de menor longitud. Por ejemplo, rojas, que podríamos ver. Y si lo calientas más, la energía disponible es mayor y las ondas más energéticas, las del violeta, pueden emitirse. La solución al problema, pues, implica restringir la energía que se puede emitir a paquetes de unas energías dadas. No puede ser cualquier energía: tiene que ser un múltiplo entero (1, 2, 3…) de una cantidad. Es como el dinero: tenemos la moneda de 1 euro y billetes de 5, 10, 20 y 50 euros. Se dice por ahí que hay billetes incluso de y e , pero esos solo los han visto políticos, futbolistas, cantantes y sus amigos. En todo caso, no hay billetes de 33 euros. En nuestro ejemplo la moneda de 1 euro sería el cuanto básico. El resto son múltiplos: podemos tener cualquier cantidad: cuatro billetes de 10 y tres de 20, por ejemplo. Está claro que si tenemos poco dinero, como 60 euros, no podemos tener ningún billete de 500. De la misma manera si la temperatura es baja —la energía es baja— no podemos emitir radiación de alta energía, como la ultravioleta. Al aumentar el dinero disponible podríamos hacer uso de billetes de mayor valor, como de 100 o 200. Pero solo si la cantidad de dinero (o sea, de energía) aumenta. La solución era muy extraña porque implicaba que la energía no era continua, sino que iba en paquetes y no podía tomar cualquier valor. Era la primera vez que se proponía algo tan raro como explicación física, pero era una nueva idea que encajaba perfectamente con los experimentos. Fue entonces cuando se mencionó por primera vez en la historia una nueva palabra que iba a ser la estrella del siglo XX: el «cuanto», www.lectulandia.com - Página 56 la unidad básica de energía. En 2013 la palabra estrella fue «postureo» y en 2014 fue «selfie», pero en 1900 fue «cuanto». Hay que pensar en lo extraño que es esto de que la energía esté cuantizada. La distancia entre cosas o la temperatura en Madrid parecen cosas continuas. Esto quiere decir que pueden tomar cualquier valor. Por ejemplo, podemos estar en Madrid a 35 grados. Pero también podemos estar a 35,1. Y si tenemos un termómetro muy preciso podríamos ver que estamos en realidad a 35,11 o incluso 35,111. Nada evita que la temperatura pueda ser cualquiera. Por eso se dice que es continua. Si pasamos de 35 a 36 grados sabemos que en realidad ha sido un cambio suave que ha pasado por los infinitos valores decimales que hay entre 35 y 36. Esto es lo que se pensaba que pasaba con la energía: que sería continua. Sin embargo, la nueva propuesta cambiaba las cosas radicalmente. La energía (y todo lo que dependa de la energía, incluida la temperatura) solo podía ser múltiplo de una cantidad mínima. En resumen, la energía da saltos de una cantidad constante. Acababa de nacer la física cuántica. Y con ella la constante de Planck, que se representa con la letra h. Es tan pequeña (6,62606957(29) × 10-34 J/s) que no notamos sus efectos en la vida cotidiana. La energía nos parece continua porque esos saltos son minúsculos. Es solo en el mundo de las partículas donde esta constante se hace presente. Es lo que ahora llamamos el mundo cuántico. Lo nuevo siempre genera rechazo Max Planck era un tipo muy serio y no le gustaba nada lo que acababa de hacer. De hecho siempre renegó de la teoría que él mismo había fundado. Esta iba a ser una actitud constante a lo largo de la historia de la cuántica: grandes científicos, como Schrödinger, lamentando ser padres de algo tan… extraño. Pero la cosa era imparable. En 1905, en uno de los cuatro grandes artículos que Einstein publica como simple empleado en la oficina de patentes de Berna, se utiliza la cuántica de forma satisfactoria. Por entonces ya se conocía bien el llamado efecto fotoeléctrico: se colocan dos placas separadas por un potencial eléctrico. Al iluminar las placas, la energía que lleva la luz es tomada por los electrones de la placa, lo que genera una corriente. Esto no era del todo raro: se sabía que la luz tenía energía y que www.lectulandia.com - Página 57 esta podía ser absorbida por los electrones para permitirles saltar la barrera. Lo que no había forma de entender era que la energía de los electrones que saltaban no dependiera de la intensidad de la luz. Por más que aumentabas la intensidad, los electrones mantenían la misma energía. ¿Cómo podía ser? Einstein propuso una solución cuántica al problema. La luz está formada por «paquetes» de energía, Estos fotones poseen una energía que depende de la longitud de onda de la luz. A mayor longitud de onda, menor es la energía. Aumentar la intensidad de la luz significa aumentar el número de paquetes, pero la energía de los paquetes, en sí, no cambia. Lo que ocurre es que hay más paquetes que los electrones pueden tomar, pero la energía de los paquetes no aumenta con la intensidad de la luz, sino solo con la longitud de onda de esta. Al bajar la longitud de onda aumenta la energía de cada paquete y los electrones dan el salto con más fuerza. Esta era la solución al efecto fotoeléctrico. Y aparece la palabra «cuanto» como explicación de un fenómeno. La luz se comporta como una partícula, la teoría cuántica se ve reforzada y Einstein gana el premio Nobel de Física. La revolución está en marcha. Se ha creado una teoría que ya no se puede parar. Como una bola de nieve que cae ladera abajo, crece sin que sus detractores puedan hacer nada para evitarlo. Y lo más curioso es que dos de los padres de la cuántica fueron los que mostraron mayor rechazo: Planck y Einstein. Sin embargo, en ciencia mandan las evidencias y la teoría cuántica, aunque resultara desagradable para muchos, respondía muy bien a lo que se observaba. Ahora bien, ¿qué es lo que tiene esta teoría que desagradaba a tantos científicos? Veámoslo. Una de las primeras aplicaciones de la física cuántica fue la explicación de lo que ocurría dentro de los átomos. Una vez Rutherford dio con el modelo acertado del átomo, comenzaron a intentar explicar su funcionamiento con ecuaciones. Lo cierto es que la cosa pintaba muy bien. ¿Cómo se veía el átomo entonces? Tenemos un núcleo cargado positivamente y muy pequeño. A lo lejos se distribuyen los electrones, más ligeros y con carga negativa, orbitando alrededor del núcleo a diferentes distancias. No se puede culpar a estos científicos por ver al átomo como si fuera un Sistema Solar en pequeño: el núcleo era como el Sol, que hacía girar a los electrones como planetas. Pero no era así. La fuerza que hace girar a los planetas alrededor del Sol es la gravedad, muy bien definida por la ley de la gravitación universal de Newton. Sin embargo, la que funciona en el átomo es la ley de Coulomb, referida a la fuerza eléctrica. Ambas son espectacularmente similares, pero sus propiedades no son idénticas. www.lectulandia.com - Página 58  En el primer caso tenemos una constante, «G», y dos masas, además del radio elevado al cuadrado. En la otra fórmula hay también una constante, «k», el radio al cuadrado… y dos cargas en lugar de masas. ¿Por qué no intentar explicar el átomo como si fuera un Sistema Solar en miniatura? Como un árbol respecto a un bonsái, o un brócoli, el átomo parecía un «mini-yo» del Sistema Solar. ¿Funcionaría? La respuesta no tardó mucho en llegar: rotundamente no. Pasaba una cosa muy divertida. Ya se sabía por entonces que las cargas eléctricas emiten radiación cuando son aceleradas. Es decir, cuando cambias su movimiento emiten luz. Un electrón que da vueltas en el átomo debía por lo tanto ir emitiendo luz al girar, puesto que girar supone un cambio en su movimiento. Al emitir luz debería perder energía y acercarse al núcleo. Así que los electrones deberían ir cayendo en espiral hacia el núcleo hasta chocar con él. Si esto era correcto no deberían existir los átomos. ¿Qué estaba fallando? La solución ya se puede imaginar, ¿no? Pues sí, otra vez la cuántica al rescate. Fue Niels Bohr, un físico danés genial, quien dio en el clavo. Se lo sacó de la manga, pero funcionó. Propuso que los electrones solo podían girar en determinadas órbitas cuantizadas, es decir, situadas a determinadas distancias del núcleo. En concreto solo las órbitas donde el momento angular (algo así como el momento de giro, una propiedad del movimiento) es un múltiplo entero de la constante de Planck están permitidas. En ellas los electrones no emiten radiación y por lo tanto los átomos son estables. Estas órbitas determinadas eran un resultado genial de la cuántica, porque de forma milagrosa se podían explicar y entender muchas cosas de los átomos. Como por ejemplo los espectros de absorción y emisión de los átomos (tranquilos, ahora lo explico). Se había observado que los átomos solo emitían o absorbían luz de una longitud de onda determinada, pero nadie sabía por qué. Al hacer un postulado sobre órbitas cuantizadas ya había una respuesta. Las órbitas de los átomos son como raíles (por favor, que nadie se lo tome en sentido literal o me queman el libro) por donde los electrones tienen permitido pasar. Las órbitas más cercanas al núcleo son las de menor energía, y las más alejadas, las de mayor. Los electrones, en determinadas circunstancias, pueden saltar de una órbita a otra. Cuando esto ocurre pasa algo interesante. Si salta de una órbita de mayor energía a una menor, la energía sobrante se emite en forma de luz. Esta luz emitida va a tener justo la energía correspondiente a la diferencia de energía entre las órbitas. www.lectulandia.com - Página 59  Bohr sabía que una onda de mayor energía era luz de menor longitud de onda. Así que todos los electrones que saltaran, digamos, de la órbita 2 a la 1, emitirían luz justo de la longitud de onda que se corresponde con la diferencia de energía entre esos dos niveles. Esto era la emisión. El fenómeno de absorción es complementario: si llega luz justo de la energía que necesita un electrón para pasar a un nivel superior, el electrón la absorbe y pasa a una órbita mayor. La luz que se corresponde con esa energía y solo esa es la que produce ese salto. El resto de ondas no son absorbidas. Con esto ya se pueden entender los espectros de emisión y absorción de luz como un efecto cuántico: es luz emitida o absorbida que se corresponde con la diferencia entre los niveles energéticos de los electrones en los átomos. Como estos niveles están cuantizados, la energía emitida o absorbida también lo está y da lugar a esa característica tan curiosa de los átomos, su espectro. Todo esto sonaba raro. Se estaba pisando sobre terreno inseguro, pero lo cierto es que funcionaba. No se entendía bien lo que estaba pasando, se sacaban reglas de la nada, sin justificación, con el único pretexto de que de esta manera las cosas quedaban mejor. Pero al principio no había un verdadero fundamento físico. Esto no es bonito y a nadie le gustaba. Pero lo curioso es que cuando el fundamento llegó, tampoco es que la gente quedara más contenta. Efectos cuánticos. La dualidad onda-partícula La verdad es que molan esos malos que aparecen en algunas películas y que pueden convertirse en cosas o personas diferentes. , ,. Ser una cosa en unas condiciones y a la vez ser otra, ¿no sería genial? Pues aunque cueste imaginarlo, estamos hechos de pedacitos de materia que son dos cosas distintas a la vez. ¿Bipolares? Pues un poco sí. Las bases de la teoría cuántica llegaron en tres golpes de genialidad. El primero lo puso un príncipe, séptimo duque de De Broglie y par de Francia: un señorito. Es como Marichalar, pero con premio Nobel… más o menos. En su tesis doctoral se sacó un as de la manga que vino de perlas para el devenir de la teoría cuántica. La idea que tuvo Louis de Broglie fue la siguiente: poco tiempo antes se había llegado a www.lectulandia.com - Página 60 un aparente sinsentido. La luz, que desde el siglo XVIII se sabía que era una onda gracias a repetidos experimentos, tras la explicación del efecto fotoeléctrico por parte de Einstein y su constatación experimental, resultó tener propiedades de partícula. Esta particular situación desembocó en lo que hoy se conoce como principio de dualidad onda-corpúsculo: la luz es a la vez una onda, como una ola, y una partícula, como una bola de billar. Vaya problemas de bipolaridad que tiene la luz. A VER CÓMO SE TRAGA ESTO… Pues como buenamente se pueda, porque este es el primer sinsentido de la mecánica cuántica entre los varios que vamos a encontrar en este capítulo. Aunque en realidad no hay más. Es así: no hay que darle más vueltas porque no las tiene. La luz es una partícula y a la vez una onda. Ante esta horrible situación, De Broglie tuvo una intuición genial. Si la luz, que se suponía que era una onda, ahora resulta que también era una partícula, ¿no será que los electrones, que se suponía que eran partículas, también serían una onda? Esta idea era muy atractiva porque permitía unificar los conceptos de onda y partícula. Al final iba a resultar que en realidad son lo mismo. Este concepto fue apoyado rápidamente por la comunidad física, en particular por Einstein, quien recibió una copia del texto del francés y respondió entusiasmado ante esta nueva idea. LE HIZO UN RET WEET DE LOS DE LA ÉPOCA. Una de las ventajas de considerar las partículas como ondas es que se podía entender mejor la cuestión de las órbitas. Como en una cuerda de guitarra que vibra, no se puede producir cualquier frecuencia de vibración. ¿Te has fijado en que una cuerda afinada en do, al tocarla al aire no suena re ni tampoco mi? Suena el do fundamental, el que se ha afinado, además de sus armónicos, que son múltiplos del fundamental. Esto es porque al estar los extremos de la cuerda fijos solo se producen vibraciones con frecuencias concretas. No hay libertad de : los extremos fijos imponen la frecuencia de la onda. Una cuerda en do solo puede sonar a do. No hace falta saber música para entender esto, hasta Enrique Igl… Bueno, dejémosle tranquilo. Si esto es así porque la cuerda está sujeta por los extremos, lo que le obliga a vibrar de una forma determinada… ¿ocurrirá algo similar en los átomos? Pues sí: una órbita en un átomo es algo parecido. Los electrones, al ser ondas, como ocurre con las cuerdas, pueden vibrar de cualquier forma. Pero al estar en órbitas cerradas la cosa es diferente. Cerrar la órbita es como fijar la cuerda en sus extremos. Así, solo frecuencias o longitudes de onda precisas pueden existir en cada caso. Con esto, por lo tanto, se justifica que los electrones solo puedan estar en ciertos niveles de energía, en ciertas órbitas: aquellos en los que la onda «cierra» bien, fijando sus extremos. Esto era un gran paso, porque teníamos un principio cuántico aplicado al átomo que funcionaba bien, pero no había ninguna justificación. Era un «porque sí», y sabemos que eso, desde Galileo, ya no se lleva en ciencia. www.lectulandia.com - Página 61  La analogía con la luz, como observó De Broglie, era extensible a la materia. Las ondas de materia, como los electrones, nos dan una pista de lo que está pasando. Eso sí, el precio que hay que pagar es muy alto: los electrones también son ondas y son partículas. ¡Qué horror que algo pueda ser dos cosas a la vez! Y la teoría decía, además, que se comportará como una onda o como una partícula en función de cómo la observes, del tipo de medida que hagas, de la forma del experimento. ¡Desastroso! Aunque… hay una forma de entenderlo: igual un electrón no es ni una onda ni una partícula. para entender ciertas cosas. De hecho somos animales y nuestro cerebro es un órgano evolutivo, adaptado a la supervivencia. Nuestro sentido común muchas veces no es común ni es nada y nuestros sentidos nos engañan continuamente. Nuestro cerebro responde bien y rápido a estímulos que nos conviene percibir por cuestiones evolutivas: cosas que se mueven a velocidades humanas, distancias humanas, pesos humanos… Sin embargo, cuando salimos de estos entornos el cerebro pierde su capacidad de predicción y comprensión y se vuelve extremadamente limitado. Pensemos en lo difícil que es concebir, por ejemplo, un mundo de cuatro dimensiones espaciales: no podemos. O imaginar un color que no sea del arco iris… ¡No podemos! La capacidad creativa del cerebro es reducida y se limita a nuestra experiencia animal. Los electrones son objetos cuyo tamaño no corresponde a nuestra experiencia diaria. Entender un electrón no compromete la supervivencia de la especie. Igual te hace suspender un examen o, peor aún, la selectividad. Pero en el mundo prehistórico, la verdad, es que cazar o no un mamut no dependía de entender las propiedades cuánticas del electrón. Nuestro cerebro, simplemente, no está preparado para entender su naturaleza profunda. De hecho lo que hacemos nosotros es decir que «el electrón es una onda, como una ola». Rápidamente queremos que sea como algo que nos es común y cotidiano: la ola. También podemos decir que «el electrón es una partícula, como una canica». De nuevo queremos hacer una analogía con algo mundano, cercano. Pero nada evita que el electrón sea algo que no se parece a nada de nuestro entorno. El electrón es como un color que no está en el arco iris y nuestro cerebro no es capaz de asimilarlo. No encontramos una representación equivalente para compararlo y eso nos lleva a una contradicción. Seguramente un electrón no sea ni una onda ni una partícula, será un… Un «harshelgromenawer». Vamos, algo sin definición y sin equivalente en nuestra experiencia cotidiana. A veces se parecerá a una cosa que vemos en el mar y otras a esas bolitas con las que juegan los niños… Pero lo cierto es que nada en el universo le obliga a ser ninguna de las dos cosas. ¿Por qué los componentes de nuestro universo tendrían que parecerse a los objetos humanos? ¿Qué obligaría a que así fuera? Nada es seguro: el principio de incertidumbre www.lectulandia.com - Página 62 YA HEMOS ABIERTO LA CAJA DE PANDORA y no hay quien pare esto. La primera formulación seria de la mecánica cuántica la aportaron Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg en 1925. Ambos de forma completamente diferente y en torno a la misma época dieron con sendas soluciones al problema, generando dos bandos que dieron lugar a una de las batallas intelectuales más bonitas de la historia. Heisenberg propuso la aplicación de la mecánica matricial haciendo uso de aparatos matemáticos que por entonces no se usaban apenas: las matrices. De este modo consiguió afrontar el problema de asentar la cuántica en unas bases matemáticas. Los enigmas de la cuántica se podían ver como una aplicación de las extrañas propiedades de las matrices. Schrödinger, por su parte, hizo una aproximación diferente: una formulación ondulatoria de la mecánica cuántica. Asignó ondas a las partículas y describió su comportamiento como la evolución de estas ondas en el espacio. Por suerte para todos nosotros, la sangre no llegó al río. Aunque la disputa fue feroz por ambas partes, John von Neumann demostró poco tiempo después que se trataba de dos formas equivalentes de tratar el mismo problema, con el mismo resultado. Sin embargo, aunque estas dos propuestas dieron solidez finalmente al edificio cuántico, también desvelaron propiedades «horrendas» del mundo… a los ojos de los científicos de la época. Heisenberg, a través de su teoría matricial, dio con uno de los principios más extraños y a la vez bonitos de la historia de la ciencia. Seguro que les suena: es el principio de incertidumbre. Una de las propiedades más peculiares de las matrices es que en ciertas operaciones no conmutan. Conmutar quiere decir que el orden en que se hagan las operaciones da igual. Por ejemplo, la multiplicación de números enteros es conmutativa: lo mismo da multiplicar 3 por 5 que 5 por 3. El resultado es 15 en ambos casos. Igual ocurre con la suma. Pues con las matrices no es así. Como la mecánica cuántica de Heisenberg está basada en operaciones con matrices, esto dio lugar a sorpresas. En la formulación matricial magnitudes como la velocidad o la posición son matrices. Y justamente las matrices que representan la velocidad y la posición de una partícula no conmutan. Como consecuencia, no es lo mismo medir primero un factor y luego el otro que hacerlo al revés. El principio de incertidumbre surgido de esta peculiaridad dice que para dos magnitudes que no conmutan (como son la posición y la velocidad, pero hay otras) es imposible conocer con precisión máxima ambas a la vez. Es decir, si mides la posición de un electrón, cuanto más precisa sea esta medida, más imprecisa será la medida de su velocidad. Hay una fórmula para describir esto: www.lectulandia.com - Página 63  Que se lee: la incertidumbre en el momento (que se define como la masa multiplicada por la velocidad) multiplicada por la incertidumbre en la posición es siempre mayor que la constante de Planck dividida por 4π. Es una limitación natural a la precisión con que podemos medir. Y no es porque seamos torpes midiendo, no. Es algo propio de la naturaleza de las partículas. Lo que la fórmula implica respecto a estas magnitudes conjugadas es que cuanto más sabes de una de ellas, menos puedes saber de la otra. En el caso límite, si sabes exactamente dónde está un electrón (incertidumbre igual a 0), no puedes tener ninguna información de cuál es su velocidad. Un descubrimiento inquietante. Para ver hasta qué punto pueden estar conectadas estas magnitudes, imagina que quieres saber dónde se encuentra un electrón. Para lograrlo debes enviarle un fotón. Lo que veremos será el efecto de la colisión. Pero el fotón es una partícula que al chocar con el electrón modificará su movimiento. Ya estamos perdidos. Cuanto mayor sea la precisión deseada sobre la posición, más energético tiene que ser el fotón enviado, lo que alterará más el movimiento… Y entonces viene la pregunta: ¿por qué esto no se observa en nuestro mundo cotidiano, con nuestros objetos que sí podemos saber dónde están y a qué velocidad van? Pues bien, el efecto de incertidumbre es puramente cuántico. La constante de Planck que aparece en la ecuación de este principio de incertidumbre es una cantidad ínfima que da un valor mínimo a la incertidumbre. Un valor que a nivel de partículas es importante, pero las indeterminaciones en el mundo macroscópico superan esta cantidad mínima por mucho, así que el efecto no se percibe y por lo tanto no es en absoluto intuitivo que algo así pueda ocurrir. Lo siento si pensabas usarlo como excusa en caso de no recordar dónde habías aparcado el coche. Así pues, nunca hemos percibido algo parecido en la vida cotidiana, por lo que nuestro cerebro no lo ha integrado en su sentido común. Solo cuando se estudia el átomo, donde las cantidades que se manejan son tan pequeñas, este principio se hace notar. Esto ocurre, además, con cualesquiera dos magnitudes que estén conjugadas, como la posición y el momento (que es la velocidad por la masa) o la energía y el tiempo. La superposición cuántica y el problema del observador La formulación de Schrödinger también dio lugar a una nueva visión de la realidad cuántica y desde luego a más paradojas. Schrödinger introdujo una descripción de la naturaleza en forma de ondas de materia, las cuales permitían entender el funcionamiento de las partículas. Y funcionaba muy bien: mediante esta descripción se entendían las propiedades fundamentales de los átomos. Pero estas ondas, ¿qué representaban? ¿Cuál era su papel en la realidad física? No estaba nada claro… Otro físico, Max Born, hizo una propuesta interesante. Las ondas de materia nos dan información sobre partículas como los electrones. La onda, descrita por una función, si se eleva al cuadrado nos indica la probabilidad de encontrar la partícula en un lugar www.lectulandia.com - Página 64 determinado. Esto es terrorífico, pero lo voy a traducir al castellano para que alucinemos todos. Según esta descripción las partículas dejan de ser algo concreto, tangible, y su realidad se transforma en algo difuso. Imaginemos que tenemos una caja y en esa caja hay un electrón. Si estudiamos dónde está el electrón con la ecuación de Schrödinger la respuesta es clara: el electrón es una onda que abarca toda la caja. Es decir… ¡está en todos los lugares a la vez! De algún modo el electrón está repartido por toda la caja. Pero no de igual manera: hay sitios donde está «más» que en otros. Para saber dónde está «de verdad», según la interpretación de la mecánica cuántica hay que abrir la caja y medir la posición del electrón. El lugar donde aparece depende de la función de onda, pero nada es seguro del todo. La posición del electrón será aleatoria y vendrá determinada por los valores de la función de onda. Allí donde este valor sea más grande habrá más probabilidad de encontrarlo. ese juego en el que mientras cuentas (sin mirar) toda la gente se mueve, pero en cuanto miras las cosas cambian, todos se paran. Aquí pasa igual: mientras no «miras» las partículas están deslocalizadas, difusas, fantasmagóricas, en todos los lugares a la vez. Solo cuando mides se comportan como esperamos, y aparecen formalmente, como materia, en un lugar determinado. Vamos a darle una vuelta a todo esto. Imaginemos que tenemos la función de onda de un electrón en una caja (ver figura). Lo que nos dice la teoría cuántica es que el electrón está en cada lugar de la caja, aunque la probabilidad de encontrarlo en un lugar concreto, en el centro de la caja, por ejemplo, es mucho mayor. Una vez abrimos la caja el electrón deja de estar deslocalizado y se materializa en un punto concreto, donde lo encontramos al medir. Puede ser cualquier lugar donde la función de onda no valga cero, pero será más probable encontrarlo donde la función de onda alcanza su mayor valor. La localización, en todo caso, resulta de un efecto aleatorio y es imposible predecirla. Es más, si hacemos este ejercicio mil veces y anotamos cada una de las veces dónde ha aparecido, al dibujarlo obtendremos exactamente la función de onda. La transición entre el estado previo a la medida (a abrir la caja y mirar dónde está el electrón) y la medición no se entiende nada bien, es uno de los aspectos abiertos de la teoría. Según la interpretación inicial (lo que se conoce como «interpretación de Copenhague») se dice que al efectuar la medición la función de onda «colapsa». Esto sería equivalente a decir que, de una forma que se desconoce, de repente el electrón «siente» el efecto de la medida y se materializa en un punto dado. De forma abrupta, instantánea, el electrón deja de estar deslocalizado y se muestra presente en el punto que indica la medida. La función de onda se desvanece, como una pompa de jabón, y www.lectulandia.com - Página 65 el electrón se materializa en un punto. Este cambio abrupto, sin motivo físico conocido y que por lo tanto suena casi como magia, resulta desagradable para muchos físicos. Y el resultado es que esta transición que se da en el momento de la medida está sujeta a interpretación. Hasta tal punto que han surgido diferentes visiones o explicaciones y el debate sobre los efectos de la medida en la función de onda sigue abierto. Todo esto puede parecer muy perturbador y tiene consecuencias drásticas en la forma en que entendemos nuestro mundo. La teoría cuántica está abierta, aún por completar. La realidad, ¿qué es? ¿Cuál es el papel del observador sobre la realidad? Si las cosas no se materializan hasta que se miden u observan, ¿qué aspecto tiene entonces la realidad? ¿Existe? Parece depender del observador y del proceso de medida. Y este argumento lo podemos extender todo lo que queramos… Hay un electrón en una caja que mide un físico… ¿Y si todo junto lo ponemos en una caja que puede medir otro físico? ¿Y si a su vez hay otra caja mayor que otro físico abre? ¿Cuándo se materializa el electrón? ¿Cuando lo mide el último físico… o el primero? ¿Es necesaria la consciencia en el acto de medida para que la función de onda colapse? Einstein, claro detractor de la mecánica cuántica, fue uno de los científicos «Me resisto a creer que más claramente se posicionó en contra de esto: que la Luna no está ahí cuando no miro». Sin embargo, la realidad ondulatoria de la materia y la superposición cuántica son cosas que conocemos bien porque se han comprobado en múltiples experimentos. Aunque parece imposible para nosotros estar triste y contento simultáneamente, en el mundo cuántico sí sería posible. Es lo que se conoce como superposición cuántica. Experimentos como el de la doble rendija demuestran este hecho que para nosotros resulta asombroso. A grandes rasgos consiste en lo siguiente: se lanza un electrón contra dos rendijas y se observa dónde impacta en un pantalla que hay tras las rendijas. El objetivo es ver por cuál de las dos rendijas pasó el electrón. Lo que se observa cuando se lanzan muchos electrones de esta forma, pero de uno en uno, es que el electrón viaja como una onda hasta la pantalla y que cada electrón pasa por las dos rendijas a la vez. De hecho la moderna teoría cuántica establece que de los infinitos desplazamientos posibles, desde que sale disparado hasta que toca la pantalla, el electrón recorre… ¡todos! Y lo que observamos es el efecto de la suma de todos los posibles caminos que puede recorrer. Que algo pueda estar a la vez en varios sitios es completamente inverosímil para nosotros. Sin embargo, es cosa corriente en el mundo cuántico. Y no solo ocurre esto con la posición de una partícula, sino con muchas de sus propiedades. En general una partícula puede estar en muchos estados diferentes a la vez. Esto es una nueva consecuencia de que entendamos la existencia de la materia como una onda que se propaga por el espacio. www.lectulandia.com - Página 66 Adiós al determinismo Así pues, hay un efecto aleatorio intrínseco en la cuántica. Esto quiere decir que las cosas ocurren de forma natural por azar y por tanto es imposible predecir el futuro. Pero no es azar como en el juego de los dados. Allí es nuestro desconocimiento de los detalles del movimiento del dado lo que hacen que sea aleatorio. Es decir, es por pura ignorancia que nos parece aleatorio. En cuántica las cosas son puramente causadas por el azar, no un producto de nuestra ignorancia de los detalles. Einstein también se quejó contra esto: «Dios no juega a los dados» , dijo. Sus disputas sobre física cuántica con otros expertos son históricas, y muy en particular su duelo con Niels Bohr, otro peso pesado de la física.. Cuando Einstein pronunció su famosa frase, Bohr le respondió: Ambos se pasaron años retándose intelectualmente, Einstein proponiendo paradojas para desmontar la cuántica, Bohr buscando una respuesta para salvarla. Lo cierto es que al final ni siquiera el ingenio de Einstein, al servicio de los anticuánticos, fue capaz de encontrar una fisura en la teoría. Esta dependencia en el azar y la incapacidad de predecir el futuro usando la física descolocó a los científicos de aquel tiempo. Muchos se resistían a abandonar ideas que eran tan importantes para ellos como el determinismo. Desde épocas remotas se creía que el universo era determinista: si lanzas una pelota con una velocidad y en una dirección determinadas, puedes saber antes de hacerlo dónde va a caer. Este es un sistema que se llama determinista. Si tienes dos pelotas y las lanzas con cierta velocidad y dirección, puedes también predecir qué va a ocurrir. Esto es de nuevo determinismo. El universo es infinitamente más complejo que esto, pero hasta aquella época la creencia general era que si supiéramos las velocidades y direcciones de todos los componentes del universo en un momento dado, podríamos predecir lo que ocurriría en el futuro. De hecho, podríamos saber toda la historia del universo. Sí, claro: es imposible manejar tal cantidad de información, pero eso es lo de menos. La idea era que en caso de saberlo, se podría predecir el futuro. La teoría cuántica se cargó el determinismo. Ahora el azar tenía un peso importante, pues ni siquiera sabiendo dónde están todas las partículas del universo y cómo se mueven se podría predecir nada con exactitud. La cuántica, a través de la probabilidad, nos esconde el futuro. De aquí para allá: el efecto túnel La cuántica aún guardaba sorpresas. ¿Te imaginas poder atravesar paredes? Cuánto molaría para cotillear en reuniones, para entrar en sitios sin pagar… Tú igual no puedes hacer esas cosas, pero tus electrones, tus protones y tus neutrones, que son muchos, sí que pueden. Continúa leyendo. www.lectulandia.com - Página 67  Sigamos con el ejemplo del electrón en una caja. Aunque el electrón visto como objeto clásico, como una pelotita, no puede salir de la caja porque no puede atravesar una pared, el electrón como onda… ¡sí puede! Cómo molan las ondas. Yo quiero ser onda. Según la mecánica cuántica, la onda, de alguna forma, se puede «filtrar» a través de la pared. Lo que ocurre en cuántica es que esa onda de probabilidad, cuando llega a la pared, no vale cero de golpe, no se «detiene» del todo, sino que su valor va cayendo ligeramente según la atraviesa. Esto quiere decir que es posible encontrar al electrón incluso dentro de las paredes de la caja. Si la pared no es demasiado ancha es posible que la función de onda pueda pasar al otro lado antes de alcanzar el valor cero. En ese caso existe la posibilidad de que cuando vayamos a buscar al electrón dentro de la caja… se haya escapado. Sí, el electrón puede atravesar la pared. Literalmente. Y nosotros, en teoría, también. ¡Si pasáramos millones de años golpeando pacientemente una pared es físicamente posible que acabáramos atravesándola! Bueno, seguro que antes se nos caería un brazo al suelo o algo parecido, porque la probabilidad de que todas nuestras partículas a la vez se comportaran de esta manera es muy pequeña. A nivel cuántico no es tan raro. Es lo que se llama «efecto túnel», muy común en cuántica y que permite explicar muchos fenómenos. Por ejemplo, la radiactividad. En un átomo pesado, como el uranio, se produce lo que se llama «emisión alfa». Una partícula alfa es un núcleo de helio, o más en concreto, un paquete de dos protones y dos neutrones. La partícula alfa está encerrada dentro del núcleo por la fuerza fuerte. Es como una barrera que mantiene este paquete atrapado en el núcleo. Después de muchos rebotes es posible que la partícula alfa atraviese por efecto túnel la «pared de potencial» y se materialice como una partícula alfa fuera del núcleo de uranio. Al producirse esto, el uranio se transforma en torio. La partícula alfa despedida «vuela» con gran energía, y este es uno de los detalles que hacen tan peligrosa la radiactividad. Pues bien, sin efecto túnel no habría transmutación de elementos ni radiactividad. El microscopio de efecto túnel también se basa en este principio para operar. El principio de exclusión Seguramente has ido a una playa un 15 de agosto y al ir a clavar la sombrilla… pinchaste en hueso. Tu sombrilla y tu pobre pie son mutuamente excluyentes en el espacio. Y suele ganar la sombrilla. A nivel cuántico ocurre algo similar, pero con ciertas peculiaridades: es el principio de exclusión de Pauli, otra rareza del mundo cuántico. Todos los electrones del mundo, los miles de millones de millones que hay, son iguales. No se puede distinguir entre uno y otro. Como los chinos para los occidentales (creo que al revés también les pasa a ellos). El caso es que la naturaleza prohíbe a este tipo de partículas (y a protones y neutrones también) que haya dos en www.lectulandia.com - Página 68 un mismo entorno y con idénticas propiedades. No puede haber dos electrones en el mismo átomo, en el mismo orbital y en el mismo estado. Es imposible. Esto hace que los átomos se llenen como se llenan los teatros o los estadios de fútbol: si no quedan entradas para el patio de butacas, te subes a la zona club, luego al anfiteatro, al segundo anfiteatro, al gallinero o te cuelgas del techo. En un átomo, debido a este principio, los átomos se llenan por secciones (los orbitales). Cuando no caben más electrones el siguiente tiene que ir a un nivel superior y así sucesivamente. La mayor diferencia con un teatro de verdad es que los electrones siempre quieren estar lo más cerca posible del escenario (el núcleo), que en el átomo es donde más barata está la entrada. ¡AH! Y LOS ELECT RONES NO SE QUEDAN DORMIDOS. La próxima vez que vayas a una playa donde no cabe un alfiler y te veas obligado a alejarte de la orilla, piensa que todos tus así y no se quejan. Es simple principio de exclusión. Una buena amistad: entrelazamiento cuántico Ya ha pasado mucho tiempo y las nuevas generaciones seguramente ni conozcan la historia, pero ET, el extraterrestre es una de las grandes películas de ficción de siempre. En ella un alienígena llega a Estados Unidos (como siempre) y se encuentra con Elliot, un niño que le adopta y le llama «ET». El caso es que la amistad entre los dos es tan fuerte que en cierto momento comienzan a compartir emociones y sensaciones. Si uno siente frío o dolor, el otro también. ¡Y sin tocarse! Esto es algo desde luego que muy raro y a la vez muy desagradable. Y como te puedes imaginar… también tiene su análogo en el mundo cuántico. Es lo que se conoce como entrelazamiento cuántico. Se puede preparar un estado cuántico de dos partículas de forma que estén ambas conectadas (entrelazadas). Si a una le pasa algo, a la otra le pasa lo contrario. De forma inmediata, aunque no estén en contacto. Pongamos un ejemplo concreto. Imaginemos que un electrón puede girar a la izquierda o a la derecha. Los electrones poseen de hecho una propiedad similar que se llama espín. No es un giro propiamente dicho pero sirve para ilustrar el ejemplo. En realidad la superposición cuántica permite que ese electrón gire a la izquierda y a la derecha a la vez. Pues bien, al conectar este electrón con otro, se producirá una superposición de estados, pero de tal forma que si el primer electrón gira a la izquierda, el segundo lo hará a la derecha y viceversa. Es decir, ambos están girando en los dos sentidos a la vez y están juntos. Ahora tomo uno de los electrones y lo llevo a Londres y el otro a California (como en la maravillosa película de Lindsay Lohan). Si mido cómo gira el primer electrón, colapsará en uno de los dos estados (según la interpretación de Copenhague). Inmediatamente y de forma automática el segundo electrón colapsará www.lectulandia.com - Página 69 también, pero en el estado contrario, sin necesidad de que interfiera ninguna señal o que haya ningún tipo de contacto entre los dos. Esto que suena a fantasía se ha comprobado en experimentos y muestra que la realidad cuántica es fascinante. Este fenómeno, además de curioso, tiene mil aplicaciones. Por ejemplo para la criptografía en seguridad informática, la computación cuántica y la teleportación. Casi nada. El gatito de Schrödinger Ya hemos visto que un electrón, un protón o cualquier partícula puede estar en varios sitios a la vez y también atravesar paredes. Además la teoría cuántica echa por tierra el determinismo; no nos deja que podamos predecir el futuro, por lo que queda todo en manos del azar. Y por si esto fuera poco derrumba nuestra comprensión de la realidad como algo fijo y objetivo. La realidad depende del que la mira de forma inmediata. Es el momento de enfrentarnos a la famosa paradoja del gato de Schrödinger. Todo esto puede aturdir o confundir a cualquiera. Parece que nada está en su lugar, que todo sea un sinsentido. Seguro que ahora comprenden que Richard Feynman dijera que nadie entiende la cuántica. Y el mayor culpable es nuestro cerebro, quizás porque no necesita de ella para sobrevivir. La cuántica opera a un nivel muy inferior y cuando el mundo se mira de forma colectiva, en objetos grandes, todas las trazas de esta realidad cuántica se borran. Solo al estudiar los elementos individuales podemos tener una idea de lo que ocurre en el universo cuántico. Ahora bien, no es correcto decir que existen dos realidades: la cuántica o microscópica y la cotidiana o macroscópica. El mundo es uno y es todo cuántico. Lo que ocurre es que los efectos cuánticos apenas se aprecian en las escalas grandes. Objetos grandes, como un trozo de metal o nuestros tejidos, son demasiado grandes para que esos efectos se puedan percibir. Pero no significa que la realidad cuántica no exista a ese nivel: solo es que no se puede apreciar o percibir. Quedan disimulados. La constante de Planck, que es la que caracteriza los efectos cuánticos, es una cantidad absurdamente pequeña y es la culpable de que estos efectos sean tan difíciles de observar. www.lectulandia.com - Página 70  La cuántica es una teoría que cuesta asimilar. Resulta tan chocante y novedosa que los científicos llamamos a la física anterior a la mecánica cuántica «física clásica». Especialmente chocante tuvo que ser para los primeros científicos con mentalidad clásica tener que tratar con esta visión tan extraña del mundo. Tanto es así que, como ya saben, muchos padres de la cuántica renegaron de su propio trabajo. Es el caso de Erwin Schrödinger, padre de la teoría ondulatoria, por la que recibió el premio Nobel, quien declaró que lamentaba tener algo que ver con esta teoría. Era tal su rechazo a sus propios hallazgos que ideó un experimento mental (nunca se ha hecho, por suerte para los gatos de este mundo) con el objetivo de desmontarla y mostrar lo absurda que era. Hoy día este experimento forma parte de la cultura popular y se cita a menudo, algunas veces de forma confusa o errónea. En el experimento del pobre gato de Schrödinger se juntan todos los aparentes sinsentidos de la mecánica cuántica en un único caso: un gato dentro de una caja. Ahí tenemos al gato, encerrado en la caja esperando su suerte. El malvado de Schrödinger coloca un átomo radiactivo en el interior y, al lado, un contador Geiger. Este aparato es un cacharro que sirve para detectar radiación y contar partículas. Si el átomo que ha puesto Schrödinger se desintegra, lanza una partícula alfa (como vimos, un núcleo de helio o dos protones con dos neutrones). Al hacer esto el contador Geiger la detecta, se activa y pone en marcha un mecanismo que deja escapar un veneno que mata al gato. Ahora bien, el átomo radiactivo es un sistema cuántico y por lo tanto si no se observa (por eso de cerrar la caja) estará en superposición de estados: desintegrado y sin desintegrar. El contador Geiger habrá detectado esta partícula alfa y no la habrá detectado, el veneno se habrá y no se habrá escapado… y el gato estará vivo y estará muer to a la vez. ¿Hemos dicho que el gato está vivo y muerto a la vez? ¡Qué locura es esta! Pues es la conclusión a la que quería llegar Schrödinger cuando pensó esta cosa del gato y la caja: la mecánica cuántica no tiene sentido. Es una paradoja porque a día de hoy no está clara la interpretación de este experimento mental. Mientras que el razonamiento es correcto paso a paso, la solución es claramente insatisfactoria: un gato no puede estar a la vez vivo y muerto. Sin embargo, este ejemplo muestra una de las debilidades más notorias de la mecánica cuántica: que su interpretación está abierta. Y es así desde sus inicios. Parece haber un umbral entre el mundo cuántico (el mundo de lo pequeño) y el mundo clásico (el de lo grande), de modo que la realidad cuántica alocada no parece afectar a nuestros sistemas: un átomo puede haberse desintegrado y no haberse desintegrado a la vez, pero un gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Este lío surge dentro de los mismos físicos teóricos, que no llegan a ponerse de acuerdo sobre el efecto del observador en la realidad. www.lectulandia.com - Página 71  Me explico: sabemos que un átomo o sistema cuántico puede estar en un estado de superposición (en varios estados a la vez) hasta que se observa. Hasta aquí todos los físicos están de acuerdo pero… ¿qué ocurre cuando uno «mira» la realidad? Aquí es donde surgen los grandes conflictos. La interpretación de Copenhague determina que un sistema cuántico, al ser observado o medido, colapsa en uno solo de sus estados. Así que al abrir la caja el átomo colapsa o, lo que es lo mismo, «elige» uno de los dos estados (desintegrado o sin desintegrar), lo cual tiene consecuencias sobre el contador Geiger, el veneno y el gato. Esta interpretación tiene muchos detractores, ya que el colapso parece algo mágico, sin fundamento físico, y lleva a la conclusión de que el gato está vivo y muerto a la vez. Además la importancia del acto de medición para la realidad es desagradable. ¿Implica esto que no existe la realidad hasta que alguien la observa? Es como la antigua pregunta del filósofo: «¿Hace ruido el árbol que cae cuando no hay nadie para escucharlo?». Al mismo tiempo surgen nuevas preguntas como: ¿qué es medir? ¿Qué es observar? ¿Se requiere de una consciencia para que se produzca el colapso? Esto genera problemas. Hay personas que proponen la existencia de una consciencia cósmica que da sentido a la realidad, pero esto lleva a paradojas aún más allá de la de Schrödinger. Por ejemplo, la del «amigo de Wigner», que es una extensión de la paradoja del gato: no es Schrödinger quien abre la caja del gato, sino un amigo de Wigner (el famoso científico que propuso esta locura). Pero el amigo, a su vez, está dentro de una caja. Wigner finalmente abre la caja que contiene a su amigo junto a otra caja con un gato, veneno, un contador Geiger y un átomo inestable. La pregunta que surge es: ¿el átomo colapsa cuando el amigo de Wigner abre la caja o cuando la abre Wigner? Y esto se podría extender añadiendo más cajas con más amigos de Wigner hasta el infinito (aunque Wigner, como buen friki, seguro que no tenía ni amigos). Para evitar complicaciones como esta surgen nuevas interpretaciones. Quizás la más atractiva es la de múltiples universos. Un estado de superposición cuántica no se rompe con la medida en lo que se conoce como colapso, sino que en su lugar genera tantas realidades como posibilidades hay en la medida. Al abrir la caja no es que el átomo colapse en uno de los dos posibles estados dando lugar a un gato vivo o un gato muerto, sino que la realidad se desdobla. En una de ellas habrá un Schrödinger alegre abrazando a su gato vivo; en otra estará llorando al ver al gato muerto. Esta interpretación elimina el problema de esa acción mágica que supone el colapso y evita complicaciones como el problema del observador que antes mencionamos. Sin embargo, genera otras preguntas como… ¿dónde están esas realidades? ¿Se puede acceder a ellas o medirlas? Como se puede ver, la cuántica es una teoría aún abierta que sigue sin interpretación clara y no deja de sorprendernos con resultados inesperados y paradojas tan profundas como estas que mezclan la ciencia con la filosofía. Aunque www.lectulandia.com - Página 72 para mí la cosa está clara: el gato de Schrödinger está muer to. Mira que han pasado años desde que se propuso el experimento. Ya tiene que estar, seguramente, en el cielo de los gatos. Más locuras todavía Son más los efectos cuánticos que desafían la lógica, como el «borrador cuántico», o uno que me encanta: que en evolucionar si lo miras muchas veces Es lo que se llama el «efecto Zenón cuántico». Es como la leche del microondas, que parece que tarda más en calentarse cuanta más prisa tienes. Creo que a estas alturas ya nos habremos dado cuenta de que intentar entender la mecánica cuántica es algo absurdo. Al menos por el momento. Pero a la vez es posible que este mundo tan extraño haya inspirado al lector como me inspiró a mí. Sin duda la realidad supera a la ficción y la cuántica nos muestra que la física es sorprendente y maravillosa. Por desgracia, que la mecánica cuántica sea tan rebuscada y aparentemente contradictoria ha sido un filón para los caraduras y aprovechados de la vida. Y digo «aparentemente contradictoria» porque hasta ahora nadie ha encontrado ninguna fisura en la teoría. Todo encaja. De una forma rara y misteriosa, contraria a nuestra experiencia, pero encaja. Ni Einstein consiguió derrotarla y tuvo que tirar la toalla vencido por Niels Bohr y su razonamiento cuántico. Pero aun así algunos preceptos cuánticos son tan particulares y abiertos que los místicos, los espirituales y peor aún, los caraduras, los usan a su favor. En particular los que lo hacen malintencionadamente y usando conclusiones que no son científicas y no se corresponden de verdad con la mecánica cuántica. Que la realidad dependa del observador no implica que haya un dios que lo ve todo. LA INCERT IDUMBRE CUÁNT ICA TAMPOCO DEJA LUGAR AL ALMA. Y por mucho que exista el entrelazamiento cuántico, como aseguran los partidarios de la homeopatía. Los científicos seguimos a lo nuestro. Y lo cierto es que una vez se demostró que la mecánica matricial de Heisenberg y la ondulatoria de Schrödinger eran equivalentes, todo fue mucho más fácil para la nueva teoría cuántica. La base ya estaba establecida y los éxitos se sucedieron. Hoy la realidad cuántica es innegable. Después de casi cien años de teoría cuántica nadie la pone en duda. Los éxitos se han sucedido uno tras otro y es asombroso hasta qué punto la teoría cuántica ha sido capaz de explicar la realidad del átomo. La teoría cuántica nos muestra un mundo caótico, frenético, aleatorio, de cambios constantes y de realidad incierta. Un mundo impredecible y que parece absurdo. Complejo y cambiante. Un mundo disparatado y difícil de integrar con la otra gran teoría del universo: la relatividad. www.lectulandia.com - Página 73 www.lectulandia.com - Página 74