¿Por qué parece tan extraña la mecánica cuántica?

La mecánica cuántica, junto con la teoría de la relatividad, es la parte de la física que más extraña y misteriosa parece. Incluso, hay quien le confiere cualidades místicas o mágicas.

Parte de esta fascinación se debe a algunos comportamientos de los objetos que entran en su ámbito de aplicación y que se explican en artículos y libros divulgativos. Por ejemplo, el experimento mental del gato de Schrödinger, que no está ni vivo ni muerto hasta que no se mira dentro de la caja, o el efecto túnel, que equivale a que si una persona empujara una pared, tuviera una probabilidad apreciable de aparecer al otro lado.

Sin embargo, la mecánica cuántica, atendiendo a su definición, no tiene nada de extraordinario. Una mecánica, según el diccionario de la Real Academia Española, es una parte de la física que estudia el equilibrio y el movimiento de los cuerpos sometidos a fuerzas. Según el mismo diccionario, cuántico es relativo al cuanto y este se define como una cantidad indivisible de energía. O sea, la mecánica cuántica es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos cuando la energía se intercambia como cuantos. Esto, en apariencia, no tiene nada de mágico. ¿Dónde aparece lo extraño?

Pizarra fórmula Schrödinger
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La respuesta es que la cantidad de energía de un cuanto es minúscula comparada con la de un objeto cotidiano, macroscópico. Tan pequeña es esa energía que los objetos de talla corriente, aquellos que se comportan de acuerdo a la intuición humana, actúan como si la energía se intercambiara de manera continua, no cuanto a cuanto. Dicho de otro modo: los objetos macroscópicos se mueven de manera muy distinta a los muy pequeños, a los que tienen el tamaño de átomos, nucleones o electrones. La raíz del problema de comprensión que padece la mecánica cuántica es que el movimiento de los cuerpos muy pequeños es tan diferente del de los macroscópicos que a los seres humanos nos resulta incomprensible.

La descripción, tanto científica como intuitiva, del movimiento de los objetos cotidianos se basa en un concepto vital: el de trayectoria. Se define por tal la curva en el espacio que recorre un cuerpo al moverse. A cada punto de una trayectoria se le puede asignar un instante temporal y una velocidad. Es una forma tan lógica de describir el movimiento que a nadie se le ocurre que pueda hacerse de otra forma.

La mecánica cuántica, en cambio, es una mecánica sin trayectorias y esa es la causa fundamental de que resulte difícil de entender. Un electrón no se mueve en torno a un núcleo atómico siguiendo una circunferencia, una elipse u otro tipo de curva, ya que para definir una trayectoria hay que conocer, a la vez, la posición y velocidad exactas del electrón, algo que prohíbe uno de los pilares de la mecánica cuántica: el principio de indeterminación de Heisenberg. Si se fijara la posición de una partícula con total precisión, la velocidad quedaría del todo indeterminada. Si es la velocidad la que se conoce con toda precisión, la partícula queda completamente deslocalizada. Por muy sorprendente que sea, los experimentos demuestran la validez de este comportamiento.

En objetos macroscópicos, este principio carece de sentido en apariencia. Sería como si al medir la velocidad de un automóvil con un radar de Tráfico, la posición del vehículo quedara indeterminada. Mientras más precisa fuera la medición del radar, más deslocalizado quedaría el vehículo y podría hallarse a varios kilómetros del punto de medición solo porque un radar ha determinado su velocidad. Sin embargo, a un electrón sí le suceden cosas análogas.

En realidad, los raros son los objetos macroscópicos, que no parecen verse afectados por una ley fundamental del movimiento como es que la energía se transmite cuanto a cuanto. Lo extraño es que los objetos macroscópicos se muevan siguiendo trayectorias, no que los objetos muy pequeños no las sigan. Debido a su gran tamaño, los objetos cotidianos ocultan la auténtica naturaleza del movimiento.

En realidad, la mecánica cuántica es un ejemplo más de que las teorías físicas tienen ámbitos de aplicación. La mecánica clásica y sus trayectorias son una descripción válida cuando las energías intercambiadas son gigantescas comparadas con el valor de un cuanto. Un automóvil se deslocaliza cuando se le mide la velocidad, pero la precisión con que un radar de tráfico mide su velocidad es tan poca que la deslocalización también será mínima, tan pequeña que podría ser de millonésimas de milímetro o menos, así que no se nota.

Un ejemplo típico, que da una pista de cómo funciona esto, es la idea de que, para ver un objeto, hay que iluminarlo, esto es, enviarle luz para que esta se refleje y vuelva a los ojos o al detector. La luz se puede entender como un chorro de fotones, partículas que portan cuantos de energía. Cuando se ilumina un automóvil de dos toneladas, el vehículo no se ve alterado por los impactos. Si se quiere ver un electrón haciendo que un fotón impacte sobre él, la colisión enviará al electrón bien lejos de donde estaba. Medir una posición altera el movimiento de un cuerpo. Cuando es uno macroscópico, la alteración es inapreciable, pero eso se debe a que es un objeto gigantesco en comparación con el valor de un cuanto, no a que eso sea lo normal.

El universo no es extraño. Lo que sucede es que la intuición humana es, solo, una forma aproximada de entender sus leyes.

juan cuquejo

Juan Cuquejo Mira

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