Aportaciones de la mecanica cuantica

Aplicaciones de la mecánica cuántica

¿Qué puede ser más extraño que la mecánica cuántica? Este marco de la física es responsable de un gran número de fenómenos extraños: gatos teóricos que están vivos y muertos al mismo tiempo, partículas a kilómetros de distancia que, sin embargo, pueden comunicarse instantáneamente, y fotones indecisos que de alguna manera van en dos direcciones a la vez.
Pero también es responsable de los avances tecnológicos que hacen posible la vida moderna. Sin la mecánica cuántica no existiría el transistor, y por tanto el ordenador personal; ni el láser, y por tanto los reproductores Blu-ray. James Kakalios, profesor de física de la Universidad de Minnesota, quiere que la gente entienda hasta qué punto la mecánica cuántica influye en nuestra vida cotidiana, pero para ello hay que entender primero la mecánica cuántica.
Kakalios se propone abordar ambas tareas en The Amazing Story of Quantum Mechanics (Gotham Books, 2010), un tratamiento accesible y casi sin matemáticas de uno de los temas más complejos de la ciencia. Para mantener el ritmo, el autor intercala ilustraciones y analogías de las historias de Buck Rogers y otros cuentos clásicos de ciencia ficción. Hablamos con Kakalios sobre su nuevo libro, lo que la mecánica cuántica ha hecho posible y cómo las primeras visiones de ciencia ficción del futuro se comparan con el presente tal y como lo conocemos.

Mecánica clásica

Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno en diferentes niveles de energía. La mecánica cuántica no puede predecir la ubicación exacta de una partícula en el espacio, sólo la probabilidad de encontrarla en diferentes lugares[1] Las zonas más brillantes representan una mayor probabilidad de encontrar el electrón.
La mecánica cuántica es una teoría fundamental de la física que proporciona una descripción de las propiedades físicas de la naturaleza a escala de los átomos y las partículas subatómicas[2]:1.1 Es la base de toda la física cuántica, incluida la química cuántica, la teoría cuántica de campos, la tecnología cuántica y la ciencia de la información cuántica.
La física clásica, el conjunto de teorías que existían antes de la llegada de la mecánica cuántica, describe muchos aspectos de la naturaleza a escala ordinaria (macroscópica), pero no es suficiente para describirlos a escalas pequeñas (atómicas y subatómicas). La mayoría de las teorías de la física clásica pueden derivarse de la mecánica cuántica como una aproximación válida a gran escala (macroscópica)[3].
La mecánica cuántica se diferencia de la física clásica en que la energía, el momento, el momento angular y otras magnitudes de un sistema ligado están restringidas a valores discretos (cuantización), los objetos tienen características tanto de partículas como de ondas (dualidad onda-partícula) y hay límites a la precisión con la que se puede predecir el valor de una magnitud física antes de su medición, dado un conjunto completo de condiciones iniciales (el principio de incertidumbre).

Aplicaciones de la mecánica cuántica en medicina

“De hecho, se suele afirmar que de todas las teorías propuestas en este siglo, la más tonta es la teoría cuántica. Algunos dicen que lo único que la teoría cuántica tiene a su favor, de hecho, es que es incuestionablemente correcta”.
Casi desde sus inicios, el desarrollo de la teoría cuántica ha sido construido por algunas de las mentes más brillantes de su época. Parte del marco de esta teoría puede rastrearse en los siguientes descubrimientos:
Muchas otras personas han contribuido desde entonces al avance de la teoría, como Max Born, Wolfgang Pauli y Werner Heisenberg con el desarrollo del Principio de Incertidumbre, por nombrar algunos. Ni que decir tiene que la teoría cuántica es una combinación de contribuciones de muchas grandes mentes de la ciencia y, por tanto, no puede atribuirse a un solo individuo. En resumen, la teoría cuántica nos permite comprender el mundo de lo muy pequeño y las propiedades fundamentales de la materia.
Nuestra comprensión más profunda del mundo atómico procede de la aparición de la teoría cuántica. Este conocimiento profundo de los distintos elementos de la teoría nos permite hacer mucho más que mover los átomos o saber exactamente por qué las cosas se comportan como lo hacen. La teoría en sí misma subyace a toda la arquitectura del mundo que vemos hoy y más allá. En definitiva, nos ha permitido desarrollar las tecnologías más avanzadas para facilitarnos la vida. Las maravillas de la ciencia que vemos y utilizamos cada día, como Internet, el teléfono móvil, el GPS, el correo electrónico, la televisión de alta definición, todo ello, proviene de nuestra profunda comprensión de esta teoría, que ofrece una forma muy diferente de ver el mundo en el que vivimos, en la que las simples leyes de la física convencional simplemente no se aplican. La teoría cuántica es tan excéntrica y peculiar que ni el propio Einstein podía entenderla. El gran físico Richard Feynman afirmó en una ocasión que “es imposible, absolutamente imposible, explicarla de forma clásica”.

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Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno en diferentes niveles de energía. La mecánica cuántica no puede predecir la ubicación exacta de una partícula en el espacio, sólo la probabilidad de encontrarla en diferentes ubicaciones.[1] Las zonas más brillantes representan una mayor probabilidad de encontrar el electrón.
La mecánica cuántica es una teoría fundamental de la física que proporciona una descripción de las propiedades físicas de la naturaleza a escala de los átomos y las partículas subatómicas[2]:1.1 Es la base de toda la física cuántica, incluida la química cuántica, la teoría cuántica de campos, la tecnología cuántica y la ciencia de la información cuántica.
La física clásica, el conjunto de teorías que existían antes de la llegada de la mecánica cuántica, describe muchos aspectos de la naturaleza a escala ordinaria (macroscópica), pero no es suficiente para describirlos a escalas pequeñas (atómicas y subatómicas). La mayoría de las teorías de la física clásica pueden derivarse de la mecánica cuántica como una aproximación válida a gran escala (macroscópica)[3].
La mecánica cuántica se diferencia de la física clásica en que la energía, el momento, el momento angular y otras magnitudes de un sistema ligado están restringidas a valores discretos (cuantización), los objetos tienen características tanto de partículas como de ondas (dualidad onda-partícula) y hay límites a la precisión con la que se puede predecir el valor de una magnitud física antes de su medición, dado un conjunto completo de condiciones iniciales (el principio de incertidumbre).

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