viernes, 8 de julio de 2011

La cuántica: una de las dos sacudidas científicas del siglo XX

En 1899 se pensaba que las leyes importantes de la ciencia ya estaban descubiertas. El triunfo del pensamiento racional generalizado desde la época del Renacimiento había generado la confianza suficiente para pensar que el mundo funcionaba como un reloj, de forma que teniendo las fórmulas adecuadas y la capacidad de cálculo necesaria podía ser posible conocer el comportamiento de cualquier sistema o entidad. De hecho, por aquel entonces se aconsejaba a los alumnos brillantes que estudiaran otras ramas de la ciencia alejadas de la física porque aquello era un campo muerto.

Bien, pues justo cuando faltaban 17 días para estrenar el siglo XX, esta concepción saltó por los aires al anunciarse una nueva explicación del mundo a pequeñas escalas: la mecánica cuántica.

Se suele pensar que hablar de cuántica puede ser interesante para el que le guste la ciencia, pero ¿qué utilidad tiene? Bueno, quiero explicar la enorme trascendencia de esta revolución científica. Toda la ciencia del siglo XX, y toda nuestra tecnología moderna se basan en correctas aplicaciones de los fenómenos cuánticos. Sobre ellos se basó la concepción del diodo y el transistor, y con ellos la electrónica entera. No hace falta que conozcamos los detalles de su funcionamiento, pero los usamos constantemente y con ellos hemos creado ordenadores, teléfonos móviles, etc. También basándose en conceptos cuánticos más avanzados funcionan los lectores de códigos de barras, y estirando una predicción más importante de la física cuántica hemos descubierto la antimateria. Sí, sí, la antimateria, ese combustible de la nave de Star Treck existe. Es como una materia “negativa”, del mismo aspecto que la ordinaria, sólo que cuando las dos entran en contacto se aniquilan mutuamente. Y no es ciencia-ficción: cuando te hacen un TAC por ejemplo, esos scanners del cuerpo que te seccionan en rodajas de un milímetro, te están bombardeando con positrones, que son la antimateria de los electrones.

Después de sentar los principios de la física cuántica los físicos se dedicaron a estudiar el átomo, y durante la Segunda Guerra Mundial llegó la tecnología atómica con sus bombas y sus centrales atómicas. La tecnología atómica es una consecuencia de la teoría de la relatividad #futuropost. Einstein estableció que la materia se puede deshacer en energía y vice-versa. Así funciona una central (la palabra “nuclear” vino un poco después, cuando la tecnología permitió estudiar solamente el núcleo del átomo), una bomba atómica, y los tratamientos de radioterapia contra los tumores cancerígenos. También hemos aprendido a entender por qué brillan las estrellas, que era un tema que preocupaba desde el siglo XIX. No brillan por fuego, sino por una reacción nuclear: la estrella tiene hidrógeno y lo convierte en helio. Esto lo explicaré otro día #futuropost.


Bueno, ¿y entonces qué es exactamente eso de la cuántica?

La mecánica cuántica no es propiamente hablando una teoría, sino una descripción de la naturaleza a pequeña escala. Es decir, es un conjunto de reglas que nos informan de cómo es el mundo visto al tamaño de las cosas más pequeñas que existen. Y es completamente distinto a nuestro macromundo.

Para empezar, cuando uno intenta trabajar con cosas pequeñas se encuentra con que el mundo no es analógico sino digital. Es decir, las cosas no pueden tener valores arbitrarios sino múltiplos de ciertas cantidades, como si todo funcionara por escalones. La temperatura de algo no puede ser de un escalón y medio, por ejemplo. Esto le pasa también a las fuerzas, a los pesos y se sospecha que al mismo espacio y el tiempo. Un reloj de arena puede ser una buena metáfora de la cuantización del tiempo.

Pero los efectos más extraños se notan cuando se intenta “atrapar” una cosa pequeña. No se puede saber exactamente dónde está porque parece que está en muchos sitios a la vez. Además, si repites la misma prueba muchas veces te salen resultados distintos, con lo cual sólo puedes encontrar probabilidades. Unas veces ves algo que mira hacia arriba y otras mira hacia abajo y te tienes que contentar con hacer apuestas. Más aún, si puedes encontrar resultados distintos es porque en realidad están sucediendo varias cosas a la vez. Si algo puede mirar hacia arriba o hacia abajo lo hace en las dos direcciones, y mientras tú no mires tu átomo está mirando a la vez hacia arriba y abajo. Y si cuando el átomo mira hacia abajo toca un cable que lanza una descarga de 20000 voltios a un gato que tiene al otro extremo, obtienes la famosa paradoja de Schrödinger, en la que el gato está a la vez vivo y muerto porque tu átomo está mirando simultáneamente en las dos direcciones. La resolución de la paradoja conduce al misterio más extraño que se conoce en ciencia a día de hoy: en el momento de mirar algo parece que influyes de alguna manera y la naturaleza se decanta por un resultado. Repito: las cosas evolucionan de manera distinta cuando se dejan solas que cuando se miran. Está comprobado el los laboratorios hasta el aburrimiento.

¿Alguien se ha enterado de algo? ¿no?... Normal. Es que nadie lo entiende. Los científicos, a fuerza de repetir estas reglas muchas veces se acaban familiarizando con ellas. Y mientras les sean útiles para hacer cálculos, las aplican. Y eso que no he hablado de cosas bizarras como que un átomo de mi cuerpo puede estar ahora mismo en la Luna, o el famoso experimento de las dos rendijas, en el que un electrón puede pasar por las dos a la vez.

Han pasado 111 años, y todavía seguimos sin entender por qué las cosas pequeñas funcionan así. En http://gurusyvidentes.blogspot.com/2011/07/que-sabemos-del-ordenador-cuantico.html, explico cómo se interpretó inicialmente la mecánica cuántica, y cómo hoy se está refinando esa concepción. Pero los interrogantes sobre el verdadero significado de la teoría siguen ahí. No hay explicación al hecho absurdo de que el mundo funcione de forma diferente, tan enormemente diferente, a pequeños niveles. Racionalmente no hacían falta nuevas leyes, y sobre todo no nos hacía falta esa extraña curiosidad inquietante según la cual cada vez que observamos algo estamos cambiando el mundo. Si alguien tiene interés en el tema, que mire la película “Y tú qué sabes?” (en inglés “What the Bleep?”). No es científica, no hay que tomársela al pie de la letra, pero entenderá los misterios que nos está sugiriendo el mundo cuántico.

4 comentarios:

  1. "Las cosas evolucionan de manera distinta cuando se dejan solas que cuando se miran"; algo que ha marcado toda mi vida, es curioso.

    Yo lo aplicaba a los amores claro, que para algo soy una chica. Siempre decía: si decido ir a un bar un viernes por la noche seguro que x no va. En cambio, si decido no ir, entonces seguro que al día siguiente me dirán que x ha estado. Y funcionaba siempre! Es lo que tienen las pequeñas cosas.

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  2. Es posible que haya algo de cierto en eso: hay otro misterio profundo que es el entrelazamiento cuántico. Consiste en que dos sistemas que han estado en contacto de una determinada manera continúan eternamente en contacto y pueden transmitirse información. Está demostrado con particulillas y extrapolando se sugiere que si todo estuvo conectado en el momento del big-bang, todo sigue conectado.

    Por otro lado, el pensamiento humano son impulsos eléctricos, o sea partículas cuánticas. Es decir, el cerebro nota efectos cuánticos. Imaginando mucho, podemos llegar a la conclusión de que por el hecho de pensar podemos influir en otras personas y en la realidad. Quizá haya algo de cierto en la antigua creencia de que si deseas algo con todas tus fuerzas se cumple.

    E insisto: recomiendo la peli "Y tú qué sabes?"

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  3. La peli que recomienda Sergio vale la pena verla. Es didáctica y para dummies. Por cierto, tu post me ha hecho sentir un deseo ejorme de tener un iPad para leerlo. Fenomeno Cuánticamente Curioso.
    Felicidades again.

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  4. Lo dicho, publico un nuevo post comentando los puntos que proponías en el otro blog.

    En cuanto al iPad... las partículas cuánticas se reservan su opinión :-)

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