Mecánica Popular... Cuántica (Parte I)

Parte I

Este es un blog de corte personal. Las idioteces que aquí escriba son responsabilidad mía y usted está en pleno derecho de disentir. Si es así, o si le gustó lo que leyó, no dude en dejar un comentario.

Cuando comencé a colaborar en este blog, con Adrián y otro personaje cuyo nombre ya no recuerdo, estaba en proceso de cambiar mi vida. Renuncié a mi trabajo por seguir mis intereses: la física. Ahora estoy a punto de terminar la carrera e irme al posgrado, y estoy plenamente convencido que es algo que quiero hacer de por vida. En aquellos días del arranque del blog, mis lecturas científicas se limitaban a libros de divulgación y documentales en video. No podía entender otra cosa por mi precario nivel matemático; que es el idioma de la física. Ahora tengo otras herramientas que me permiten acceder a la literatura seria y, por fin, conectar algunos puntos.

Mis opiniones respecto a la pseudo-ciencia, medicina alternativa y demás áreas del conocimiento afines no han cambiado mucho. Por el contrario, quiero pensar que ahora tengo mejores herramientas para discutir pacíficamente los porqués de cada cosa. Uno nunca deja de aprender y es lo único que lamento de que seamos perecederos (soy un completo ignorante en tantas otras cosas). Le paramos al verbo personal, para pasar al título de esta entrada bloggera: mecánica cuántica.

En esta entrada trataré de abordar lo siguiente:

• ¿Qué es la mecánica cuántica?
• ¿Qué es la dualidad onda partícula?
• ¿Qué es una función de onda?
• ¿Hasta donde llega la mecánica cuántica?
• ¿Hay otros modelos?
• ¿Existe la medicina/curación/terapia cuántica?

¿Qué es la mecánica cuántica?

Todo en física son modelos. Un modelo no es otra cosa que una afirmación acerca de alguna regularidad de la naturaleza. En física, esto se hace a través de las matemáticas. Éstas proveen una forma compacta de expresar y cuantificar ideas. Ejemplo. Suponga que observa la regadera de su baño y se da cuenta de lo siguiente: la cantidad de agua que sale aumenta conforme gira la llave a la izquierda (abrirla). Uno podría proponer un modelo: el flujo de agua de la regadera es directamente proporcional a la posición de la llave. Esto se puede cuantificar construyendo lo que los matemáticos llaman: relación lineal. Sin entrar en detalles, lo que uno obtiene es una fórmula matemática con un parámetro que dicta que tanto cambia el flujo conforme abrimos o cerramos la llave. En este ejemplo sencillo pudimos realizar una observación y cuantificarla usando los mecanismos típicos de la ciencia. En la física esto es posible por una sencilla razón: la naturaleza posee regularidades que pueden ser observadas. Cuando hacemos el experimento/observación, ¿Importa si aún nos queda comida en el refrigerador? ¿Si está acomodada nuestra cama? ¿Nuestro estado de ánimo? Es poco probable. Esto es muy importante al momento de realizar un modelo; hay que ser cuidadosos cuando relacionemos dos eventos. El flujo que sale de la regadera es independiente del contenido de mi refrigerador, no así de la posición de la llave.

La mecánica cuántica también es un modelo. Escrito en el lenguaje de las matemáticas. En particular: álgebra lineal, probabilidad y estadística, ecuaciones diferenciales y otras cosas con nombres intimidantes pero técnicamente admirables. Es un modelo físico que sirve para describir sistemas en la escala de lo pequeño. Y cuando digo pequeño me refiero a tamaños atómicos. Es muy difícil apreciar la diferencia de escala, cuando nosotros mismos estamos “atrapados” en una parte de ese enorme rango. Prefiero evitar las analogías por ahora. Solo sepan que el mundo cuántico es tan pequeño que nuestros sentidos no son capaces de experimentarlo de manera directa. No podemos ver un átomo, no podemos medir el movimiento de un átomo, no podemos percibir la energía de partículas individuales (es increíblemente pequeña). Todo lo que sentimos y vemos es una versión redondeada de procesos microscópicos y cuánticos. La mecánica cuántica nació en el primer cuarto del siglo 20, como una serie de intentos exitosos por explicar ciertas observaciones en la naturaleza. El tipo de observaciones a las que me refiero son bastante más técnicas que nuestra regadera del primer ejemplo. Sin embargo, no dejan de ser regularidades observables.

Entre los físicos, la mecánica cuántica ocupa una posición muy particular. Nadie sabe porqué funciona, pero todos aprecian el hecho de que cumple su cometido. La segunda mitad del siglo 20 ha visto una serie de adelantos tecnológicos gracias a la mejoría en nuestra limitada comprensión de la naturaleza. Algunos inventos macabros, como el armamento nuclear y otros no tanto, como aplicaciones electrónicas y médicas impensables en el pasado. Pasemos al hecho de que “nadie sabe porque funciona”.

Hasta bien entrado el siglo 19, el universo científico estaba compuesto por objetos con bordes rugosos, engranes y poleas que explicaban el porque de ciertas cosas. Podíamos predecir una serie de fenómenos naturales basados en suposiciones simples. Las estaciones del año, eclipses, tránsitos planetarios y hasta cosas menos obvias como máquinas térmicas (motores). Todo esto pertenece al dominio de la física clásica y se traslapa con lo que nosotros denominamos: intuición. La intuición no es más que una serie de asociaciones mentales que hacemos entre estímulos exteriores y nuestra propia experiencia. Es difícil salir de ese esquema, pero no es imposible entrenar la intuición para observar cosas que escapan a nuestras actividades habituales. Esta es la labor de un científico: observar la regularidad de la naturaleza en busca de patrones. Cuando nos aferramos al estado en el que se encuentra nuestra intuición tenemos problemas en aceptar ideas diferentes. Justo esto sucedió cuando se introdujo la hipótesis atómica (que precede a los siglos 19 y 20, pero fue esa la época de transición en nuestro pensamiento). Así, las ideas cuánticas representaron un golpe duro al universo de poleas y engranes conocido hasta ese momento. Más extrañas aún son las descripciones físicas que se hacen en mecánica cuántica, mismas que son díficiles de conectar con nuestra intuición. Lo mejor es olvidarse de lo que uno cree saber y explorar el nuevo mundo.

Como decía, en la física clásica hay esferas, poleas, cuerdas y todo tipo de objetos  a los que estamos acostumbrados. En el mundo cuántico no. En el mundo macroscópico (clásico) hay colores, olores, sabores, emociones y recuerdos. En el mundo cuántico no. En el mundo clásico las cosas se mueven de una manera que podemos observar. En el mundo cuántico no. Por último, la descripción matemática del mundo clásico coincide con nuestra intuición de objetos macroscópicos (galaxias, planetas, aviones, humanos, frutas, bolitas y palitos); en  el mundo cuántico solo existe: la función de onda. ¿Qué representa la función de onda en nuestro mundo macroscópico? Es imposible dar una respuesta concreta. Los padres de esta rama de la física dedicaron sendas horas a intensos debates al respecto. Sería ridículo de mi parte intentar dar mi opinión al respecto. Yo me uno a los agnósticos que dicen: funciona, pero nadie sabe porque. Las interpretaciones al modelo son variadas y en el currículum estándar de física se estudia una en particular: la de Copenhagen. Ésta cuenta con una serie de éxitos y problemas filosóficos que para cuestiones prácticas nos importan poco. Personalmente, no he estudiado otras interpretaciones (aún), así que me abstengo de comentar al respecto. Todo lo que aquí les platicaré está en el contexto de esa interpretación en particular.

Fue suficiente por hoy. En la siguiente entrada pasaremos a otros detalles del punto de vista cuántico y como encaja en la realidad (lo que sea que eso signifique). No dejen de comentar, aunque sea para decir: “Saludos” o “No lei tu entrada pero eres un pendejo!!!111!!exp{i2Pi}!!”.

Y como dice un tipo muy inteligente, nos vemos en el espacio entre el cero y el uno.