La física cuántica

Por : Rolando Paucar Jauregui / físico nuclear

Blogs de Peru 21.- ¨Dijo una vez un poeta: "El Universo entero está contenido en un vaso de vino". Probablemente nunca sabremos lo que quería decir, ya que los poetas no escriben para ser comprendidos. Pero es cierto que si miramos un vaso de vino lo suficientemente cerca, vemos el Universo entero. Ahí están las cosas de la física: el líquido que se arremolina y se evapora dependiendo del viento y del tiempo, las reflexiones en el vidrio, y nuestra imaginación agrega los átomos.

El vidrio es un destilado de las rocas terrestres y en su composición vemos los secretos de la edad del universo y la evolución de las estrellas. ¿Qué extraño arreglo de elementos químicos hay en el vino? ¿Cómo llegaron a ser? Están los fermentos, las enzimas, los sustratos y los productos. Allí en el vino se encuentra la gran generalización: toda vida es fermentación. Nadie puede descubrir la química del vino sin descubrir, como lo hizo Louis Pasteur, la causa de muchas enfermedades.

 

¡Cuán vívido es el vino tinto que imprime su existencia dentro del conocimiento de quien lo observa!

¡Si nuestras pequeñas mentes, por alguna conveniencia, dividen este vaso de vino, este universo en partes - física, biología, geología, astronomía, psicología, etc... . , recuerden que la naturaleza no lo sabe! Así, reunamos todo de nuevo sin olvidar en última instancia para qué sirve. Dejemos que nos dé un último placer: ¡bébanselo y olvídense de todo!¨ (Richard Feynman, Premio Nóbel de Física en 1965).

Acabo de publicar junto a mi colega el Dr. Ramón Leonardo Soto, físico nuclear y experto del Organismo Internacional de Energía Atómica por un buen tiempo, un libro de Física Cuántica. Y ha sido una experiencia maravillosa. El propósito de esta nueva incursión ha sido poner por escrito ideas que permitan clarificar conceptos, por más abstractos que estos parezcan, sobre la física cuántica.

En los últimos tiempos se habla mucho de que la física cuántica es la física de las posibilidades (y en efecto, es la física de los fenómenos y procesos de la naturaleza en los que la esencia dinámica o determinista del macromundo es sustituida por una visión probabilística que revela las leyes y nexos entre estas, mostrando las regularidades específicas del micromundo), una manera de describir el mundo y a las partículas elementales, que se desenvuelven de manera misteriosa para la percepción ordinaria, ajenas a las leyes de los objetos físicos, lo que ha dado lugar a diferentes interpretaciones. Lo que en un primer momento puede sonar a ciencia ficción, ha tenido incluso repercusiones filosóficas.

Si queremos usar un concepto básico podemos decir que la física cuántica es aquella que estudia y explica los fenómenos que ocurren en el dominio de los átomos, de sus núcleos, de las partículas elementales y de la interacción entre éstos; y la teoría matemática básica que explica los movimientos y relaciones en este campo se denomina mecánica cuántica, una colosal obra materializada por los más preclaros hombres de ciencia del siglo XX, entre ellos Plack, Bohr, D´Broglie, Schrödinger, Heisenberg, Jordan y Dirac entre muchos otros.

No se debe, sin embargo, pensar que la física cuántica no corresponde al mundo macroscópico, en realidad toda la física es cuántica; y las leyes de ésta tal como las conocemos hoy, constituyen nuestras leyes más generales de la naturaleza. ¿Cómo podríamos entender hoy los procesos que ocurren en nuestro Sol, la formación, desarrollo y muerte de los grandes sistemas estelares, los fenómenos radiactivos a escala cósmica, si no dispusiéramos del conocimiento que provee la Física Cuántica?

Einstein, en su libro "La física, aventura del pensamiento", daba una buena explicación y analogía con la vida real acerca del significado de la palabra cuántica y cuantos. Por ejemplo decía que en una mina de carbón la producción puede variar en un modo continuo, si aceptamos cualquier unidad de medida por más pequeña que sea. Es decir, podríamos afirmar que se produjo 1 granito más de carbón que ayer. Lo que no podemos hacer es expresar la variación de personal en forma continua, no tiene sentido hablar de que se aumentó el personal en 1,80 personas; es decir, la medida de la cantidad de personal es discreta y no continua.

A estos pasos mínimos e indivisibles se los llama cuantos elementales de la magnitud en cuestión. Es evidente que al aumentar la precisión de cómo se realizan las medidas de cualquier tipo de magnitud, unidades que se consideraban indivisibles dejen de serlo y adoptan un valor aún menor. Es decir, ciertas magnitudes que se consideran continuas pueden tener una naturaleza discreta. Es así que entendemos al mundo cuántico como el mundo de las partes más pequeñas que constituyen la materia, el micromundo, el mundo de las partículas subatómicas. La primera partícula subatómica, que fue el electrón, recién fue descubierta en el año 1897. Los físicos de partículas han desarrollado modelos para comprender de qué están hechas las cosas y cómo las diferentes partes componentes interactúan entre sí.

La física cuántica no es un ejercicio académico e intelectual sin sentido para la vida. Es necesario conocer esta rama de la física para construir no sólo una planta de energía nuclear sino también para diseñar mecanismos láser, los cuales permiten desde escuchar música en un CD hasta leer información almacenada en el disco rígido de una PC o mecanismos similares al láser utilizados para amplificar señales satelitales que alimentan lo que vemos en TV. La física cuántica es importante en el diseño y la operación de todo aquello que contiene semiconductores - chips para PC, TV, equipos de audio, máquinas de lavar, autos, celulares, etc. La física cuántica esta aplicándose en todo lo que hoy conocemos como modernidad y se prevé un incremento de su uso a nivel terapéutico mediante los aportes de la Biotecnología.

Como podemos ver, las tecnologías cuánticas pueden llegar a tener una influencia en nuestra sociedad similar a la que ha tenido el desarrollo de las computadoras en el siglo anterior y el actual. Aunque todavía es difícil prever qué repercusiones pueden tener las computadoras cuánticas en las tecnologías futuras, las comunicaciones seguras gracias a las transmisiones criptográficas cuánticas ya han superado las pruebas iniciales. Por ejemplo, la utilidad de un computador cuántico permitiría hacer cálculos enormes como predecir el clima.

La idea es que cada vez que descubrimos nuevas leyes de la naturaleza, se tiene asegurado que vienen aplicaciones importantes; en el caso de quienes la estudiamos la física cuántica, la mayoría de estas aplicaciones están por descubrirse. Lo que sí tenemos claro es que en el campo de la comunicación y la computación las aplicaciones están más cerca de ser usadas, aunque estoy seguro de que también las habrá en otros campos. Lo que falta es saber en cuáles, y eso tomará tiempo. Mientras tanto disfrutemos lo que el mundo de la física cuántica nos ofrece, una nueva visión y muchos sueños.