La mecánica cuántica

Por Santos Tudela

mecanica cuanticaYa intentamos poner en concepto una de las patas de la física moderna; la Teoría de la Relatividad, en este post intentaremos hacer lo propio con la otra pata; la Mecánica Cuántica.

Al igual que Einstein partió de las leyes de Maxwell del electromagnetismo para deducir su gran teoría, otros científicos partieron de las mismas leyes para llegar a otras conclusiones. Empecemos.
Una de las alergias de las ecuaciones físicas es el problema de los infinitos, y siempre que se encuentran con ellos en sus soluciones intentan evitarlos, y eso es lo que pasaba con las ecuaciones de Maxwell para altas energías y fue lo que Planck intentó solucionar postulando que la energía que se emite no se hace de cualquier forma y con cualquier valor, sino en múltiplos de un determinado valor fundamental. Es decir, la energía está cuantificada.

Por otro lado, las leyes del electromagnetismo explicaban el equilibrio de los electrones alrededor del núcleo atómico, pero cualquier partícula cargada en movimiento emite una radiación, es decir emite energía, por lo que su trayectoria debería ser cada vez más cercana al núcleo hasta terminar cayendo en él. Este efecto haría inestables a los átomos y ni siquiera permitiría su existencia. Para solucionar este hecho, Bohr postuló que las órbitas de los electrones alrededor del núcleo no podían ser cualquiera sino solo aquellas que cumplieran unas determinadas condiciones de cuantificación; es decir, unos determinados niveles de energía, los llamados orbitales. Los electrones podrían cambiar de orbital absorbiendo o emitiendo energía; “cuantos” de energía.

Schrodinger, aprovechando los postulados de cuantificación, desarrolló las ecuaciones de una auténtica mecánica del movimiento de las partículas; la mecánica cuántica. La ecuación que contenía toda la información necesaria para la descripción de estas partículas se denominó Función de Onda, pero ¿qué describe en realidad una ecuación que es una función de onda? ¿qué repercusiones trajo la cuantificación de la energía y por tanto de los fenómenos naturales?

Si una partícula puede ser descrita por una función de onda, es que se comporta como una onda electromagnética, por lo tanto dispone de las dos esencias; onda-partícula, y se comportará como una o como otra dependiendo de cómo la analicemos.

Las ecuaciones de Einstein describen un universo continuo donde un suceso ocurre tras otro suceso pasado un determinado intervalo de tiempo. Si hablamos de una partícula, la suma de sucesos en el tiempo constituye una trayectoria y se puede determinar con exactitud tanto su masa, como su velocidad, como su posición, como todas aquellas variables que la caracterizan, es decir; la física relativista es determinista.

En cambio, si la partícula está descrita por una función de onda y queremos medir su posición y su velocidad, nos encontramos con que están “enmascaradas” por su frente de onda, de tal forma que es imposible determinar ambas variables de forma precisa. Es más, con cuánta más precisión pretendamos medir una de ellas, más imprecisa será la medida de la otra. Así ocurre con su energía, su momento (masa x velocidad) y demás variables; tenemos incertidumbre. Si sumamos a esto que en mecánica cuántica el espacio-tiempo no es continuo sino que está cuantificado como hemos visto, o sea es discreto, nos encontramos con que no se puede hablar de trayectorias propiamente dichas sino de una sucesión de puntos del espacio-tiempo donde es probable que esté la partícula. La función de onda pasa así a ser una mera probabilidad de encontrar a la partícula en un punto determinado en un instante determinado, es decir; la física cuántica es una física probabilística.

Y aquí hemos llegado al meollo de la cuestión, ¿os acordáis de la famosa frase de Einstein sobre esta nueva mecánica? “Dios no juega a los dados con el universo” Pero, sí, mientras que no encontremos una física mejor para describirlo, el universo parece ser fruto de un juego de dados, donde la probabilidad y sus leyes lo han llevado a ser como es.

Desde su formulación en las primeras décadas del siglo pasado, ambas teorías han evolucionado muchísimo con la incorporación de nuevos estudios de los mejores científicos de cada momento, intentando siempre unificar ambos mundos y las fuerzas que los gobiernan. Ya os comenté en el post sobre La Física Moderna, que hoy en día una forma de unificación es la que constituye la física de campos cuánticos-relativistas, cuyo máximo exponente es el Modelo Estándar de partículas. Pero aun no hemos conseguido unificarlas del todo, aun no tenemos esa teoría de la gravitación cuántica que acabe por fusionarlas definitivamente.

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