¿Qué es la Física Cuántica?

La física cuántica, también conocida como mecánica cuántica es una disciplina dentro de la física que estudia las características, comportamientos e interacciones de las partículas a escalas muy diminutas, niveles moleculares, atómicos y subatómicos.

En este artículo nos proponemos investigar sus usos, su historia y al final vamos a hablar del experimento más famoso.

¿Avanzamos?

¿Cuáles son los usos que se le da a la física cuántica?

Aun cuando plantea principios incomprensibles e imperceptibles, o bien, vistos como imposibles para el común de las personas, la mecánica cuántica tiene un conjunto de utilidades específicas tales como:

– Electrónica: Diseño de microprocesadores, transistores y otros componentes.

– Física de materiales: Planteamiento de semiconductores y superconductores.

– Instrumentación médica: Diseño de equipos láseres, de exploración radiológica, tomógrafos, etc.

¿Cómo ha sido la historia de la física cuántica?

La física cuántica se ha moldeado a partir de diversos esfuerzos y aportes hechos por diferentes científicos y físicos, entre estas aportaciones cabe señalar:

– 1838: Descubrimiento de los rayos catódicos por parte de Michael Faraday.

– 1859: Descubrimiento de la radiación en cuerpos negros por parte de Gustav Kirchoff.

– 1877: Planteamiento de las teorías relativas al sistema físico de los estados de energía por Ludwig Boltzmann.

– 1900: Formulación de la Teoría Cuántica que establece que la energía se radia en unidades pequeñas separadas (cuantos), desarrollada por Max Planck.

– 1911: Descubrimiento de que el núcleo del átomo está formado por protones, como la parte positiva del núcleo del átomo. Realizado por Ernest Rutherford.

– 1913: Aplicación de la física cuántica para dar una descripción del átomo por parte de Niels Bohr.

– 1926: Determinación de la ecuación de onda que describe el comportamiento de los objetos cuánticos, como los electrones y otras partículas. Llevado a cabo por Erwin Schrödinger.

– 1924: Propuesta de la dualidad onda/partícula de la luz, planteada por Louis-Victor de Broglie

– 1927: Formulación del principio de incertidumbre (indicando que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula), desarrollado por Werner Heisenberg.

¿En qué consiste el gato de Schrödinger?

El experimento del gato de Schrödinger o paradoja de Schrödinger es un experimento mental que consiste en imaginar a un gato metido dentro de una caja que también contiene un curioso y peligroso dispositivo.

Este dispositivo está formado por una ampolla de vidrio que contiene un veneno muy volátil y por un martillo sujeto sobre la ampolla de forma tal que si cae sobre ella se rompe, liberando así el veneno que hará morir al gato.

El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa; si llega una partícula alfa el martillo cae rompiendo la ampolla con lo que el gato muere, por el contrario, si no llega no ocurre nada y el gato continua vivo.

Cuando todo el dispositivo está preparado, se realiza el experimento. Al lado del detector se sitúa un átomo radiactivo con unas determinadas características: tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora.

Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es igual). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja, el gato está vivo o muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo.

Si lo que ocurre en el interior de la caja lo explicamos aplicando las leyes de la mecánica cuántica, la conclusión será extraña. El gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: «gato vivo» y «gato muerto». Es decir, aplicando el principio cuántico, el gato viviría y moriría simultáneamente; se trataría de dos estados indistinguibles.

La única forma de averiguar qué sucedió con el gato es abrir la caja y mirar adentro. En unos casos el gato estará vivo y en otros estará muerto. Pero, ¿qué ocurrió? Al realizar la medida, el observador interactúa con el sistema y lo altera, rompe la superposición de estados y el sistema se decanta por uno de sus dos estados posibles.

El sentido común indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez, pero la mecánica cuántica dice que mientras nadie mire en el interior de la caja el gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto.

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