Mecánica Cuántica (página 3)

La oposición de Max Planck al régimen nazi, lo
enfrentó con Hitler.En varias
ocasiones intercedió por sus colegas judíos
ante el régimen nazi.

Planck sufrió muchas tragedias personales
después de la edad de 50 años. En 1909, su primera
esposa Marie Merck murió después de 22 años
de unión matrimonial, dejándolo con dos hijos
hombres y unas hijas gemelas. Su hijo mayor Karl murió en
el frente de combate en la Primera Guerra
Mundial en 1916; su hija Margarete murió de parto en 1917,
y su otra hija, Emma también murió de parto en
1919. Durante la Segunda Guerra
Mundial, su casa en Berlín fue destruida totalmente
por las bombas en 1944 y
su hijo más joven, Erwin, fue implicado en la tentativa
contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio de
1944. Por consiguiente, Erwin murió de forma horrible en
las manos del Gestapo en 1945. Todo este cúmulo de
adversidades, aseguraba su discípulo Max von Laue, las
soportó sin una queja. Al finalizar la guerra,
Planck, su segunda esposa y el hijo de ésta, se
trasladaron a Göttingen donde él murió a los
90 años, el 4 de octubre de 1947. Max Planck hizo
descubrimientos brillantes en la física que
revolucionó la manera de pensar sobre los procesos
atómicos y subatómicos. Su trabajo
teórico fue respetado extensamente por sus colegas
científicos.

Entre sus obras más importantes se encuentran Introducción a la física
teórica (5 volúmenes, 1932-1933) y Filosofía de la física (1936).

Paul Dirac

Dirac nació el 8 de agosto de 1902, en Monk Road en
Bishopston, Bristol, Inglaterra. Su
padre era suizo y enseñaba francés en la universidad
técnica mercantil Venturers en Bristol. Su madre era de
Cornwall. Cursó sus estudios primarios en la escuela Bishop
Road y los secundarios, primero, en la Merchant Venturers y,
más tarde, en Cotham Grammar School. En 1918, entró
a la universidad de Bristol, donde se graduó, en 1921, de
ingeniero eléctrico con honores de primera clase.
Atraído por las teorías
de la relatividad de Einstein, pero impedido de tomar una beca en
la universidad de Cambridge por razones
financieras, permaneció en Bristol y se graduó
en matemáticas, otra vez con honores de
primera clase, en 1923.

Obtenido ese último grado académico, Dirac se
fue al St John's College, Cambridge, para realizar investigaciones
sobre física teórica bajo supervisión de Ralph (RH) Fowler del
laboratorio
Cavendish. Después de algunos años de intensa labor
investigativa en ese establecimiento, Dirac finalizó
el trabajo que
le permitió obtener el premio Nobel. En 1932, lo
designaron profesor de la
cátedra de matemáticas Lucasian en Cambridge,
puesto que fue ocupado en su época por Isaac Newton y
hoy por Stephen Hawking.

Dirac tenía solamente 31 años cuando
compartió el premio Nobel con el físico austriaco
Erwin Schrödinger, en 1933. Hablaba con fluidez
francés e inglés,
pero era taciturno en ambos idiomas. Por otra parte, su timidez
llegó a ser legendaria. Por ejemplo, cuando fue informado
que acababa de ganar el premio, Dirac le dijo a Rutherford,
entonces jefe de Cavendish, que él no lo deseaba aceptar
porque le tenía aversión a la publicidad.
¡Rutherford le contestó que el rechazo del premio le
traería aún más publicidad!

En 1937, Dirac se casó Margit Balasz (née
Wigner), que era la hermana del famoso físico
húngaro Eugene Wigner. El matrimonio tuvo
dos hijas Mary Elizabeth y Florence Monica. Dirac se
retiró de Cambridge en 1969 y se cambió a la
universidad del estado de la
Florida en los EE.UU. Murió en Tallahassee, Florida, el 20
de octubre de 1984.

Cuando Dirac se fue a Cambridge, a mediados de la
década de 1920, varios experimentos
habían demostrado que la física clásica no
podría explicar el comportamiento
de los átomos y de los electrones. En efecto, el
impredecible comportamiento de las partículas en el mundo
cuántico parecía tener poca relación con el
comportamiento de los cuerpos a mucha mayor escala de la
teoría
de la relatividad. Ambas teorías estaban todavía
evolucionando, y los esfuerzos por combinarlas sólo
tuvieron éxito
en parte. Por ejemplo, ninguno de los intentos de síntesis
podía explicar adecuadamente una propiedad
recientemente descubierta de los electrones llamada espín,
propuesta para resolver las anomalías observadas en las
posiciones y número de líneas en el espectro
atómico. Por aquel entonces, los físicos pensaban
que un electrón que girara rápidamente creaba un
campo
magnético, lo cual podía explicar esos cambios
por otro lado misteriosos. Pero para producir estos efectos
magnéticos, un electrón con las dimensiones
asignadas en una teoría clásica tendría que
girar tan rápido que los puntos de su ecuador
excederían la velocidad de
la luz, algo que la
teoría de la relatividad decía que era imposible.
En consecuencia, los físicos llegaron a la
conclusión sobre la necesidad de una nueva teoría
para explicar esos fenómenos.

Paul Dirac se enfrentó al desafío. Como su
auténtica lengua eran
las matemáticas, él consiguió en 1928
incorporar la relatividad a la descripción matemática
de la mecánica de un átomo de
hidrógeno. Su solución, llamada la
ecuación Dirac del electrón, no sólo
proporcionaba una explicación perfecta de las
líneas espectrales sino que, en un inesperado desarrollo,
describía también a los electrones de una forma que
resolvía el dilema del espín. La sencilla elegancia
de las matemáticas de Dirac hizo que su proposición
consiguiera una aceptación rápida.

Dirac aseguró al espín un importante lugar en
las nuevas mecánicas que iban a remplazar la
«antigua teoría cuántica» de Bohr y
Sommerfeld. Agreguemos que no solamente el electrón, sino
otras partículas también están dotadas de
espín, cuyo papel es cardinal en la estructura del
núcleo atómico.

El objetivo de
Dirac fue el de formular una ecuación de la onda asociada
al electrón que satisficiera el principio einsteiniano de
la relatividad. Este exige una simetría de las tres
coordenadas del espacio y de la coordenada del tiempo. Mas,
la ecuación de la onda, en la mecánica de Scrödinger, no era
simétrica en las cuatro coordenadas, siendo de segundo
orden en los coeficientes diferenciales con respecto al espacio,
y sin embargo, de primer orden en la derivada del tiempo. Dirac
logró señorear las dificultades y establecer una
función
de ondas conforme al
postulado de simetría relativista: los cuatro componentes
de la función obedecen a cuatro ecuaciones de
primer orden, cuyo conjunto reemplaza la única
ecuación de propagación de la mecánica
ondulatoria no relativista.

Antes que Dirac formulara su ecuación, el problema de
unir adecuadamente la mecánica
cuántica y la teoría de la relatividad
parecía estancado. Dirac, en su ecuación describe
adecuadamente los fenómenos cuánticos y es
compatible con el principio de la relatividad. Si existe algo
así como una estética matemática, la
ecuación de Dirac es una verdadera obra de arte, por la
manera tan ingeniosa con la que el físico inglés
resolvió un problema aparentemente irresoluble.
Medularmente, la ecuación permite calcular la
función de onda de un electrón, y de otras
partículas elementales, tomando en cuenta todos los
efectos relativistas. En ella, un electrón podía
tener una energía infinitamente negativa. Pero lo que
parecía una dificultad técnica resultó ser,
gracias al ingenio de Dirac, la clave para descubrir un aspecto
insospechado de la naturaleza.

En la descripción de los planteamientos teóricos
de Dirac soslayar su desarrollo matemático, sería
una empresa
ilusoria, "puesto que cuando se hace abstracción del
andamiaje matemático, se comprueba, escribió el
propio Dirac, que la teoría está construida a
partir de conceptos que no pueden ser descritos por medios de
nociones que nos son familiares y de las cuales no se puede ni
siquiera definir el sentido por medio de palabras comunes". El
electrón, se decía con razón, es el
contenido de las ecuaciones de Dirac. Esta radical
disolución de entidades del mundo material en símbolos matemáticos, es el precio pagado
por el mayor rigor y la mayor fecundidad de la nueva
mecánica.

Si comparamos las teorías de Heisenberg y de
Schrödinger con la formulada por Dirac, ésta aparece
más abstracta y más general pero las sobrepasa por
su poder de
interpretación y de previsión. Un
impresionante ejemplo de la prodigiosa fuerza de la
teoría es la introducción automática del
espín en la ecuación, con el cual, algunos
años antes, Uhlenbeck y Goudsmit habían dotado
hipotéticamente al electrón. En efecto, es un
éxito extraordinario que las ecuaciones de Dirac,
obtenidas con ayuda de razonamientos muy generales, en los que
para nada interviene la hipótesis del espín, contengan en
sí todas las propiedades del electrón
magnético y giratorio. La hazaña, dice De Broglie,
de hacer surgir el espín de ecuaciones establecidas con
independencia
de él, es uno de los resultados más notables de la
física teórica contemporánea, que sin
embargo, contiene tantos.

Por otra parte, la mecánica ondulatoria primitiva
permanecía incapaz de dar cuenta de la estructura fina de
los espectros ópticos y rontgenográficos, la
teoría de Dirac lo logra con toda exactitud; asimismo,
suministra una interpretación de los efectos Zeemann
anormales, que ninguno de los teóricos anteriores
había podido conseguir. Esto sin duda es mucho, pero no es
todo.

El carácter relativista de su mecánica
llevó a Dirac a admitir la posibilidad, para el
electrón, de poseer un estado de energía negativa.
Un corpúsculo en uno de estos estados manifestaría
un comportamiento paradójico: para acelerarlo se
requeriría frenarlo quitándole energía y,
por el contrario, habría que proporcionarle energía
para conducirlo a un estado de reposo. Nunca, en la experiencia,
ningún electrón hizo evidente tan extrañas
propiedades. Para salir de esta dificultad, Dirac, guiado por el
principio de Pauli, formuló una ingeniosa
hipótesis.

Para evitar que todos los electrones del universo cayeran
a estados con energías infinitamente negativas, Dirac
propuso que todos los estados con energía negativa estaban
ocupados ya por electrones, aunque éstos no se puedan
detectar directamente (¡el vacío de la
mecánica cuántica resulta ser un mar infinito de
partículas!, y esta aparente contradicción es
todavía uno de los problemas
más complejos de la física moderna). Pero si
llegara a faltar uno de estos electrones de energía
negativa, su ausencia, se detectaría como la presencia de
una partícula con energía positiva y con la carga
eléctrica contraria a la del electrón. Esa nueva
partícula, predijo Dirac, sería un electrón;
tendría la misma masa que un electrón y todas las
demás propiedades, excepto el signo de la carga
eléctrica, que sería positivo.

Los físicos, en 1930, acogieron con escepticismo la
extraña hipótesis de Dirac. Muchos entre ellos
consideraron al «antielectrón» del
teórico inglés como el sueño de un
matemático. Schröndinger propuso modificar la
ecuación de Dirac para eliminar esos absurdos estados de
energía negativa. A pesar de ello, Dirac permaneció
fiel a su idea, y mientras se preguntaba si los estados
energéticos desocupados no serían idénticos
con los protones, la experiencia vino a traer, en agosto de 1932,
la más brillante confirmación de la realidad del
antielectrón. Al estudiar, con la cámara de Wilson,
choques entre átomos y rayos cósmicos, Charles
David Anderson , en California, notó sobre las
fotografías las huellas de una nueva partícula, las
del electrón con carga positiva. El nuevo
corpúsculo, el positrón (o positón)
reveló, en el curso de un examen detenido, exactamente las
mismas propiedades que la clarividente teoría de Dirac
exigiera para su antielectrón.

En esa época, no era fácil imaginar una
justificación experimental más sorprendente de la
osada construcción matemática de Dirac que
el descubrimiento del positrón, que convierte un
obstáculo aparentemente insalvable de su teoría en
uno de sus más firmes soportes. En efecto, Dirac
había previsto la formación simultánea de
dos electrones, uno positivo y otro negativo, a expensas de la
energía empleada para producir un «hueco» en
la distribución de la electricidad
negativa. Como veremos, esta atrevida profecía de la
«materialización» de corpúsculos a
partir de la energía y su inverso, la
«desmaterialización», se convirtieron un
año después del descubrimiento de Anderson en
hechos empíricos.

Por otro lado, la perfecta simetría entre el
electrón negativo y su contraparte positiva sugirió
a Dirac la admisión de la posible reversión de la
carga de cualquier clase de corpúsculos, y la
previsión de la probable existencia del protón
negativo. Incluso se descubrió posteriormente que algunos
elementos radiactivos emiten positrones al decaer sus
núcleos. Otro de los aciertos de su hipótesis
previsora fue comprobado en 1953, cuando ya funcionaban los
grandes aceleradores de partículas para estudiar el mundo
subatómico. En efecto, con uno de esos instrumentos el
italiano Emilio Segri y sus colaboradores lograron poner en
evidencia el antiprotón, dotado de la misma masa, del
mismo espín que el protón, portador, sin embargo,
de carga negativa. Luego, se empezaron a producir antineutrones y
todo tipo de antipartículas y, últimamente,
antiátomos de hidrógeno.

Paul Dirac fue uno de los más eminentes representantes
del grupo de
jóvenes teóricos del período que siguiera a
la primera guerra mundial.
Perteneció a la a la primera generación de
físicos libres de toda tradición clásica, y
educado, desde sus años estudiantiles, en el
espíritu de las nuevas teorías. Poseía una
natural facilidad para el manejo de los nuevos métodos y
conceptos. Espacio, tiempo, energía, partículas,
son términos que nunca tuvieron para él la
significación que poseían en la época
clásica. La relatividad y los quantum son las herramientas
naturales de sus investigaciones.

Werner Karl Heisenberg

(Wurzburgo, Alemania,
1901-Munich, 1976) Físico alemán. Hijo de un
profesor de humanidades especializado en la historia de Bizancio, se
formó en la Universidad de Munich, donde asistió a
las clases de A. Sommerfeld y por la que se doctoró en el
año 1923. También colaboró con M. Born, en
la Universidad de Gotinga. Durante su formación fue
compañero de W. Pauli tanto en Munich como en Gotinga.
Más adelante trabajó con N. Bohr en Copenhague
(1924-1927) y desempeñó, sucesivamente, los cargos
de profesor de la Universidad de Leipzig (1927), director del
Instituto Káiser Wilhelm de Berlín (1942) y del Max
Planck de Gotinga (1946), así como del de Munich
(1958).

Entre 1925 y 1926 desarrolló una de las formulaciones
básicas de la mecánica cuántica,
teoría que habría de convertirse en una de las
principales revoluciones científicas del siglo XX. En 1927
enunció el llamado principio de incertidumbre o de
indeterminación, que afirma que no es posible conocer, con
una precisión arbitraria y cuando la masa es constante, la
posición y el momento de una partícula. De ello se
deriva que el producto de
las incertidumbres de ambas magnitudes debe ser siempre mayor que
la constante de Planck. El principio de incertidumbre expuesto
por Heisenberg tiene diversas formulaciones equivalentes, una de
las cuales relaciona dos magnitudes fundamentales como son la
energía y el tiempo.

El enunciado del principio de incertidumbre causó una
auténtica revolución
entre los físicos de la época, pues suponía
la desaparición definitiva de la certidumbre
clásica en la física y la introducción de un
indeterminismo que afecta a los fundamentos de la materia y del
universo material. Por otro lado, este principio supone la
práctica imposibilidad de llevar a cabo mediciones
perfectas, ya que el observador, con su sola presencia, perturba
los valores de
las demás partículas que se consideran e influye
sobre la medida que está llevando a cabo. Así
mismo, Heisenberg predijo, gracias a la aplicación de los
principios de
la mecánica cuántica, el espectro dual del
átomo de hidrógeno y logró explicar
también el del átomo de helio.

En 1927 ideó una relación matemática para
explicar las rayas espectrales. Para ello, y sobre la base del
álgebra
de matrices,
desarrolló la llamada mecánica matricial, que
justificaba las longitudes de onda de las rayas espectrales y
que, más tarde, Von Neumann
demostraría que era equivalente a la mecánica
ondulatoria formulada por el físico austriaco E.
Schrödinger. Fue autor también de importantes
contribuciones a campos de la física tales como la
teoría del ferromagnetismo, el estudio de las formas
alotrópicas del hidrógeno molecular, la
introducción de las fuerzas de intercambio y del
isoespín y la teoría de la difusión.

Sus trabajos acerca de la teoría nuclear le permitieron
predecir que la molécula del hidrógeno podía
existir en dos estados, uno como ortohidrógeno, es decir,
en que los núcleos de los dos átomos girasen en la
misma dirección, y otro como
parahidrógeno, en que dichos núcleos
girarían en direcciones contrarias. Esta
predicción, que se confirmó finalmente en 1929,
tendría gran importancia años más tarde para
el desarrollo de la astronáutica, ya que permitía
frenar la evaporación del hidrógeno líquido
en las grandes concentraciones de esta sustancia que se necesitan
para propulsar los cohetes de combustible líquido.

Igual que Einstein, acabada la Segunda Guerra
Mundial centró sus esfuerzos en el desarrollo de una
teoría no lineal del campo unificado, aunque no obtuvo el
resultado buscado en su empeño, tal como le sucedió
a su ilustre colega. El desarrollo de la llamada mecánica
cuántica matricial le valió la concesión del
Premio Nobel de Física en 1932.

Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie:

Estudió historia en la Sorbonne en París,
pensando en una carrera en el servicio
diplomático. Pero a los 18 años, y después
de finalizar un trabajo de investigación que se le había
asignado, tomó la decisión de estudiar
física.

De Broglie alcanzó su reconocimiento en el mundo de los
físicos por la propugnación que describe en su
teoría sobre la dualidad partícula–onda de la
materia. En su tesis doctoral
de 1924, propone esta teoría sosteniendo la naturaleza de
onda del electrón, basándose en el trabajo de
Einstein y de Planck. Esta afirmación, fue confirmada
experimentalmente en 1927 por C J Davisson, C H Kunsman y L H
Germer en los EE.UU. y por G P Thomson en Escocia. De Broglie,
durante una entrevista en
1963, describió cómo había llegado a ese
importante descubrimiento:

En conversaciones que frecuentemente sostenía con mi
hermano siempre llegábamos a la conclusión que los
rayos X se
caracterizaban por ser corpúsculos y también ondas.
Por ello, en el curso de verano de 1923, repentinamente
concebí la idea de ampliar esta dualidad a las
partículas materiales,
especialmente a los electrones. Recordé que la
teoría de Hamilton-Jacobi señalaba algo en esa
dirección, ya que ella es aplicable a las
partículas y, además, representa una óptica
geométrica; por otra parte, en cuántica uno
obtienen los números quantum de los fenómenos, que
raramente se encuentran en mecánica pero ocurren
frecuentemente en manifestaciones ondulatorias y en todos los
problemas que se ocupan del movimiento de
las ondas.

Después de doctorase, de Broglie permaneció en
la Sorbonne, llegando a ser, en el año 1928, profesor de
física teórica en el instituto Henri
Poincaré. De Broglie enseñó allí
hasta que se retiró en 1962. En 1945, fue nombrado
consejero de la comisión de energía atómica
francesa.

La teoría ondulatoria de De Broglie de la materia del
electrón fue utilizada más adelante por schrodinger
para desarrollar la mecánica de la onda. De Broglie
recibió el premio Nobel en 1929.

De Broglie se autodescribió como: una persona de mente
más proclive a la teoría pura que a la
experimentación o a la ingeniería, con una mayor tendencia a
asumir visiones especialmente generales y
filosóficas…

Él escribió muchos trabajos ampliamente
reconocidos incluyendo a aquellos que demuestran su interés en
las implicaciones filosóficas de la física moderna,
materia y luz: La Nueva Physics (1939); La revolución en
Physics (1953);

La pregunta central en la vida de de Broglie era si la
naturaleza estadística de la física
atómica refleja una ignorancia de la teoría
subyacente o si la estadística es todo lo que puede ser
conocido. Durante la mayor parte de su vida él
creyó lo primero, pero como un investigador joven
consideró que la estadística ocultaba nuestra
ignorancia. Sin embargo, en su madurez como científico,
asombrosamente volvió a su visión juvenil,
señalando que: las teorías estadísticas ocultan una realidad
totalmente resuelta y averiguable detrás de las variables que
eluden nuestras técnicas
experimentales.

Erwin schrodinger

Viena, 1887-id., 1961) Físico austriaco.
Compartió el Premio Nobel de Física del año
1933 con Paul Dirac por su contribución al desarrollo de
la mecánica cuántica. Ingresó en 1906 en la
Universidad de Viena, en cuyo claustro permaneció, con
breves interrupciones, hasta 1920. Sirvió a su patria
durante la Primera Guerra Mundial, y luego, en 1921, se
trasladó a Zurich, donde residió los seis
años siguientes.

En 1926 publicó una serie de artículos que
sentaron las bases de la moderna mecánica cuántica
ondulatoria, y en los cuales transcribió en derivadas
parciales, su célebre ecuación diferencial, que
relaciona la energía asociada a una partícula
microscópica con la función de onda descrita por
dicha partícula. Dedujo este resultado tras adoptar la
hipótesis de De Broglie, enunciada en 1924, según
la cual la materia y las partículas microscópicas,
éstas en especial, son de naturaleza dual y se comportan a
la vez como onda y como cuerpo.

Atendiendo a estas circunstancias, la ecuación de
Schrödinger arroja como resultado funciones de
onda, relacionadas con la probabilidad
de que se dé un determinado suceso físico, tal como
puede ser una posición específica de un
electrón en su órbita alrededor del
núcleo.

En 1927 aceptó la invitación de la Universidad
de Berlín para ocupar la cátedra de Max Planck, y
allí entró en contacto con algunos de los
científicos más distinguidos del momento, entre los
que se encontraba Albert
Einstein.

Permaneció en dicha universidad hasta 1933, momento en
que decidió abandonar Alemania ante el auge del nazismo y de la
política
de persecución sistemática de los judíos.
Durante los siete años siguientes residió en
diversos países europeos hasta recalar en 1940 en el
Dublin Institute for Advanced Studies de Irlanda, donde
permaneció hasta 1956, año en el que regresó
a Austria como profesor emérito de la Universidad de
Viena.

Albert Einstein

Ulm, 1879 – Princeton, 1955) Científico estadounidense
de origen alemán. En 1880 su familia se
trasladó a Munich y luego (1894-96) a Milán.
Frecuentó un instituto muniqués, prosiguió
sus estudios en Italia y
finalmente se matriculó en la Escuela Politécnica
de Zurich (1896-1901). Obtenida la ciudadanía suiza (1901), encontró un
empleo en el
Departamento de Patentes; aquel mismo año contrajo
matrimonio.

En 1905 publicó en Annalen der Physik sus primeros
trabajos sobre la teoría de los quanta, la de la
relatividad y los movimientos brownianos, y llegó a
profesor libre de la Universidad de Berna. En 1909 fue nombrado
profesor adjunto de la de Zurich y en 1910 pasó a
enseñar Física teórica en la Universidad
alemana de Praga. Luego dio clases de esta misma disciplina en
la Escuela Politécnica zuriquesa (1912). En 1913, nombrado
miembro de la Academia de Prusia, se trasladó a
Berlín. En 1916 se casó en segundas nupcias.
Publicó entonces Die Grundlage der allgemeinen
Relativitätstheorie e inició una serie de viajes a los
Estados
Unidos, Inglaterra, Francia,
China,
Japón,
Palestina y España
(1919-32).

En 1924 entregó a la imprenta
Über die spezielle und die allgemeine
Relativitätstheorie y el año siguiente recibió
el premio Nobel por su teoría sobre el efecto
fotoeléctrico. En 1933 abandonó la Academia de
Prusia y se enfrentó valerosamente a Hitler. Iniciada la
persecución nazi contra los judíos, marchó a
América
y enseñó en el Instituto de Estudios Superiores de
Princeton (Nueva Jersey). En 1945 se retiró a la vida
privada, a pesar de lo cual prosiguió intensamente su
actividad científica.

Einstein es uno de los grandes genios de la humanidad y en el
ámbito de las ciencias
físicas ha llevado a cabo una revolución
todavía en marcha y cuyos alcances no pueden medirse
aún en toda su amplitud. En su primera formulación
(teoría de la relatividad restringida) extendió a
los fenómenos ópticos y electromagnéticos el
principio de relatividad galileo-newtoniano, anteriormente
limitado sólo al campo de la Mecánica, y
afirmó la validez de las leyes de esta
última tanto respecto de un sistema galileano
de referencia K, como en relación con otro de referencia
K' en movimiento rectilíneo y uniforme respecto de K.

Según las teorías de Einstein, la ley de la
propagación de la luz en el vacío debe tener, como
cualquier otra general de la naturaleza, la misma
expresión ya referida, por ejemplo, a una garita
ferroviaria o a un vagón de tren en movimiento
rectilíneo y uniforme en relación con ésta;
dicho en otros términos, la velocidad de la luz no se
ajusta a la de los sistemas de
referencia que se mueven en línea recta y de manera
uniforme respecto del movimiento de la misma luz. En realidad, el
experimento de Michelson-Morley, mil veces repetido y comprobado
a partir de 1881, había demostrado la diferencia existente
entre la velocidad de la luz y la de la Tierra.

La relatividad restringida ofrece la razón de tal
hecho, antes inexplicable. A su vez, la invariabilidad de la
velocidad de la luz lleva a la introducción, en
Física, de las transformaciones de Lorentz, según
las cuales la distancia temporal entre dos acontecimientos y la
que separa dos puntos de un cuerpo rígido se hallan en
función del movimiento del sistema de referencia, y por
ello resultan distintas para K y K'. Ello nos libra, en la
formulación de las leyes ópticas y
electromagnéticas, de la relación con el
hipotético sistema fijo "absoluto", rompecabezas
metafísico de la Física clásica, puesto que
tales leyes, como aparecen formuladas en la relatividad
restringida, valen para K e igualmente para K', lo mismo que las
de la Mecánica.

CAPÍTULO IV

Aplicaciones de
la mecánica cuántica

Dos aplicaciones de la mecánica cuántica:

La mecánica cuántica levantó la dualidad
onda-partícula, mostrando que las partículas
microscópicas (electrones, átomos, etc.) no son
bolas de billar muy pequeñas sino otra cosa gobernada por
otras ecuaciones. La dualidad onda-partícula en el campo
electromagnético desaparece al hacer una teoría
cuántica del mismo. Es de hacer notar que el
comportamiento ondulatorio de los electrones contenido en la
mecánica cuántica dio origen al microscopio
electrónico construido por primera vez por Ernst Ruska en
Berlín en la primera mitad de la década del 30.
Otro hecho típicamente cuántico también
merece mención por sus aplicaciones
científico-tecnológicas: el efecto túnel. El
nombre proviene de lo siguiente. Si se suelta una bolilla junto a
la pared interna de un recipiente semiesférico, la misma
sube del lado opuesto hasta aproximadamente la misma altura desde
la que se la soltó; por razones de conservación de energía, la bolilla
no puede escapar del recipiente. Pero cuando se trata de una
partícula gobernada por las leyes de la mecánica
cuántica, la misma tiene una probabilidad no nula de estar
fuera del recipiente. Hablando clásicamente es como si
hubiera cavado un túnel a través de la pared del
recipiente. La primera aplicación práctica de esto
fue el diodo de efecto túnel, uno de los dispositivos que
revolucionó la electrónica. Más recientemente, en
la primera mitad de la década del 80, los
científicos Gerd Birnning y Heinrich Roher, del
Laboratorio de Investigación de la IBM en Zurich,
inventaron el microscopio de efecto túnel, un
ultramicroscopio que casi permite "ver" los átomos.
Recibieron el Premio Nobel por ello en 1986,
compartiéndolo con Ruska por su invento del microscopio
electrónico medio siglo antes (Robinson, 1986).

La mecánica cuántica en la química:

La química cuántica es la aplicación de
la mecánica cuántica a problemas de
química.

Una aplicación de la química cuántica es
el estudio del comportamiento de átomos y
moléculas, en cuanto a sus propiedades ópticas,
eléctricas, magnéticas y mecánicas, y
también su reactividad química, sus propiedades
redox, etc., pero también se estudian materiales, tanto
sólidos extendidos como superficies.

Como los estudios mecanocuánticos sobre átomos
se consideran en la frontera entre
la química y la física, y no se incluyen por lo
general dentro de la química cuántica,
frecuentemente se considera como primer cálculo de
química cuántica el llevado a cabo por los
científicos alemanes Walter Heitler y Fritz London (aunque
a Heitler y a London se les suele considerar físicos). El
método de
Heitler y London fue perfeccionado por los químicos
americanos John C. Slater y Linus Pauling, para convertirse en el
método de enlace de valencia (o
Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)). En este método, se
presta atención particularmente a las
interacciones entre pares de átomos, y por tanto se
relaciona mucho con los esquemas clásicos de enlaces entre
átomos.

Friedrich Hund y Robert S. Mulliken desarrollaron un
método alternativo, en que los electrones se
describían por funciones matemáticas deslocalizadas
por toda la molécula. El método de Hund-Mulliken (o
de orbitales moleculares) es menos intuitivo para los
químicos, pero, al haberse comprobado que es más
potente a la hora de predecir propiedades que el método de
enlace de valencia, es virtualmente el único usado en los
últimos años.

La mecánica cuántica en la física:

En física, la mecánica cuántica (conocida
originalmente como mecánica ondulatoria) es una de las
ramas principales de la física que explica el
comportamiento de la materia y de la energía. Su campo de
aplicación pretende ser universal (salvando las
dificultades), pero es en el mundo de lo pequeño donde sus
predicciones divergen radicalmente de la llamada física
clasica.

De forma específica, se considera también
mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no
incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como
añadido mediante teoría de perturbaciones. La parte
de la mecánica cuántica que sí incorpora
elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas,
es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma
más exacta y potente, la teoría cuántica de
campos (que incluye a su vez a la electrodinámica
cuántica, cromodinámica cuántica y
teoría electrodébil dentro del modelo
estándar) y más generalmente, la teoría
cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La
única interacción que no se ha podido cuantificar
ha sido la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es la base de los estudios
del átomo, los núcleos y las partículas
elementales, (siendo ya necesario el tratamiento relativista)
pero también en teoría de la información, criptografía y química.

La mecánica cuántica en la electronica:

En la electrónica cuántica es el área de
la física que se ocupa de los efectos de la
mecánica cuántica en el comportamiento de los
electrones en la materia y de sus interacciones con los
fotones.

Hoy raramente se considera un subcampo en su propio derecho,
ya que ha sido absorbida por otros campos: la física de
estado sólido regularmente toma en cuenta la
mecánica cuántica, y usualmente trata sobre los
electrones. La aplicación específica de la
electrónica se investiga dentro de la física del
semiconductor.

El campo también abarca los procesos básicos de
la operación del láser
donde los fotones están interactuando con los electrones:
absorción, emisión espontánea, y
emisión estimulada.

El término fue usado principalmente entre los
años 1950 y los años 1970. Hoy, el resultado de
la
investigación de este campo es usado principalmente en
óptica cuántica, especialmente para la parte de
ella que se nutre no de la física atómica sino de
la física de estado sólido.

La mecánica cuántica y la educación:

La introducción a la mecánica cuantica se expone
tradicionalmente en Química, y no se llega a introducir en
Física salvo aquellos centros de Ingeniería
Superior que ofertan asignaturas del tipo Ampliación de la
Física. Hoy en día. gracias al software interactivo se
introducen ideas básicas de Mecánica
Cuántica en Bachillerato y otras etapas pre-universitarias
además de los fundamentos de la Mecánica
clásica.

Desde que el ordenador se asomó tímidamente en
las aulas como herramienta didáctica, distintos temas de
Mecánica Cuántica son la pasión de
profesores-programadores, por su naturaleza compleja desde la
perspectiva matemática, y probablemente algo alejados de
la experiencia cotidiana. El software de nueva generación
proporciona descripciones cualitativas de las fases distintas de
eventos o
fenómenos mediante representaciones gráficas interactivas. Existen en
Mecánica Cuántica pocas experiencias relevantes que
puedan realizarse en un laboratorio escolar. La complejidad
computacional de las experiencias reales, y los tiempos
habitualmente cortos en los que ocurren, ocultan el proceso
físico. Mediante las simulaciones en el ordenador se puede
prescindir de aparatos de medida tradicionales y del exterior al
sistema objeto del estudio y permite visualizar el proceso
físico, acelerando o retardando según convenga.

La secuencia de contenidos destaca la dispersión de
partículas asociada a fundamentos de Mecánica, el
estudio de las fuerzas centrales y conservativas y el estudio de
la interacción eléctrica. La trascendencia
histórica de la experiencia de Rutherford en el
descubrimiento de la estructura atómica suele acaparar los
comentarios al principio del estudio del átomo.

Las teorías modernas del átomo se conceptualizan
con el estudio del efecto fotoeléctrico y con la
explicación que Einstein aporto al asunto, y con la
experiencia de Frank-Hertz, la difracción de electrones y
la experiencia de Stern-Gerlach.

Las soluciones
simples de la ecuación de Schrödinger: el
escalón de potencial, la barrera de potencial, el efecto
túnel. El modelo simple de núcleo radioactivo
aclara el concepto de la
desintegración alfa. Verificar la ley exponencial
decreciente de la desintegración, con una muestra formada
por un número pequeño pero suficiente de
núcleos radioactivos nos sumerge de pleno en
ámbitos puros de la física y la mecánica
cuántica. Los applets diseñados muestran que no
podemos predecir la conducta de una
micropartícula en el dominio
cuántico pero podemos predecir la conducta de un
número grande de partículas idénticas.

La mecánica cuántica en la salud:

Aplicada a la sanación. Nos define la mecánica
cuántica como el estudio del comportamiento de la
energía. Fue presentada la primera vez por M. Planck y A.
Einstein, para explicar como se comportan las partículas
que contiene las sub-partículas del átomo.

Electrones, protones, etc. están formados por muones,
partones, etc. y afirma que de estas depende nuestro estado de
salud o enfermedad.

Nuestro cuerpo físico está formado por sistemas,
estos por órganos, estos por células,estas a su vez por átomos,
estos por partículas sub-atómicas y estas por
infra-partículas. Por lo que afirma que el cuerpo
físico está formado por una cantidad
astronómica de partones, luego el cuerpo físico es
energía

La conclusión es que todo estado de salud o enfermedad
es la alteración de esos grupos de
partones que se manifiesta en el aspecto físico.

Si hay desequilibrio habrá enfermedad, si trabajamos
para solucionar ese desequilibrio volveremos a tener un estado de
salud.

Afirma también, que gracias al estudio de la
mecánica cuantica puede decir que los milagros existen,
sabiendo que la ciencia
entiende como milagro "Toda manifestación en el plano
físico que tuvo su causa en una dimensión,
invisible para nosotros". Dice que si conocemos y comprendemos
los Mecanismos Cuánticos el Milagro se convierte en un
hecho científico ya que es susceptible de ser estudiado y
controlado.

La Dra. Thelma Moss en 1975 estudió mecánica
cuántica y entre otras cosas investigó la secuencia
del estudio científico de la variación de campo
electromagnético de un mismo individuo
realizado en el Departamento de Neuro_Psiquiatría de la
Universidad de California. Hicieron varias fotografías con
la cámara Kirlian y la fotografía
en estado de relax de la yema de un dedo aparecía de
color azul y el
sentimiento de rabia en su máxima expresión da
rojo.

El organismo va enfermando cuando está vibrando en baja
frecuencia (roja). Rabia, miedo, resentimiento depresión
y tristeza son causantes de gran cantidad de enfermedades.

Feibert y Thelma Moss Jefe del departamento de
Neuro-psiquiatría de la Universidad de Ucla Trabajaron en
un caso de leucemia en 1988:Fotografiaron el dedo del paciente
con cámara Kirlian y aparecía opaco y color
amarillento

Le hicieron un tratamiento energético conforme a los
principios de Mecánica Cuántica.

La primera semana ya aparecían unos pequeños
puntitos azules, tras 7 días de imposición de
manos.

La 2ª se observaba en la fotografía como la
energía amarilla se desplazaba a los extremos y en el
centro aparecía energía azulacea.

Tras cinco semanas de tratamiento con proyecciones mentales de
luz violeta y el intenso sentimiento de amor el
paciente presentaba una intensa luz azul en la imagen Kirlian,
estaba curada y en principio era un caso desahuciado por la
medicina
oficial. El tratamiento duró siete semanas

Pensamientos y emociones
positivas nos ayudarán a matener nuestra energía
equilibrada.

En un estudio psiquiatrico que hicieron a un
paciente con personalidad
múltiple. Se comprobó que la química de su
cuerpo cambiaba con el cambio de
personalidad. Se está trabajando en el poder manejar con
la voluntad la salud y la prevención. Nuestra mente es una
estructura que pertenece al cuerpo bioléctrico y afirman
que está separada del cerebro porque en
algunos casos que han permanecido muertos por unos minutos y
luego han sido reanimados por métodos artificiales dan
detalles de las conversaciones que tuvieron los presentes
mientras el cerebro del paciente no registraba actividad
electrica.

El conocimiento
de Mecanica Cuántica nos puede ayudar tengamos la religión que
tengamos.

La mecánica cuántica en los
alimentos:

La Mecánica Cuántica de las
galletas: Crean un modelo mecánico cuántico para
ayudar a que los alimentos industriales tengan mejores cualidades
nutritivas y organolépticas.

A veces creemos que las investigaciones que se
hacen en ciencia
básica son lejanas y que pocas veces tienen
aplicación práctica, sobre todo cuando vienen de
teorías que juzgamos exóticas, académicas o
simplemente fundamentales.La Mecánica Cuántica ya
nos ha demostrado su utilidad en los
dispositivos electrónicos de consumo, y
más que lo hará conforme la miniaturización
de los componentes de los microprocesadores
y memorias se
hagan cada vez más pequeños. Pero nunca
pensaríamos que se podría aplicar a las galletas de
nuestro desayuno.Un alimento, como pueda ser una galleta, es algo
complejo y sus atributos de sabor, olor y textura dependen en
última instancia de las interacciones moleculares de sus
componentes a lo largo de todo su proceso de fabricación.
Un grupo de investigadores liderados por Won bo Lee de UC Santa
Barbara y del Centro de Investigaciones de Nestlé han
investigado la física de la comida. Sus resultados pueden
ayudar a la fabricación de alimentos más estables,
nutritivos y más ricos en aromas y sabores.

Se han centrado en este caso en la
interacción de los lípidos
(grasas) con
el agua, que
son elementos vitales de la física de la estructura de los
alimentos.Los alimentos, además de saber bien, deben de
cumplir funciones nutricionales saludables específicas.
Están hechos de una gran variedad de componentes como
proteínas, vitaminas,
carbohidratos,
etc, que dificultan su optimización estructural. Se puede
llegar a pensar que, inspirándose en este trabajo
mecánico cuántico publicado en Physical Review
Letters, se podría conseguir ensamblar todos estos
componentes en una estructura optimizada estable. Aunque los
aspectos nutricionales no están relacionados directamente
con la estructura del alimento, si queremos que estos alimentos
se liberen en el organismo de manera adecuada, la estructura de
la comida es una parámetro importante.

En el trabajo de investigación los autores
han creado un modelo termodinámico que describe las fases
o estados observados en una disolución acuosa de
lípidos. Varios factores son responsables de las fases en
este tipo de sistemas, que incluye la competición entre
puentes de hidrógeno, entropía de lípidos, efectos
hidrofóbicos, etc.

La mecánica cuántica en la computación:

En la computación cuántica, a
diferencia de la computación actual donde cada bit puede
estar en un estado discreto y alternativo a la vez, la unidad
fundamental de almacenamiento es
el bit cuántico, donde cada bit cuántico puede
tener múltiples estados simultáneamente en un
instante determinado, así reduciendo el tiempo de
ejecución de algunos algoritmos de
miles de años a segundos.

La computación cuántica está
basada en las interacciones del mundo atómico, y tiene
elementos como el bit cuántico, las compuertas
cuánticas, los estados confusos, la tele
transportación cuántica, el paralelismo
cuántico, y la criptografía cuántica. Una
arquitectura
cuántica, muy aceptada entre los investigadores y
orientada a ser compatible con las actuales arquitecturas, cuenta
con memoria y una
unidad de procesamiento aritmético/lógico, y con
elementos cuánticos como la tele transportadora de
código
y el planificador dinámico. Su avance teórico ha
sido muy exitoso, aún así, su realización
depende de la futura implementación de una computadora
desarrollan los fundamentos y los elementos básicos que
conforman la computación cuántica. También
se presenta una arquitectura cuántica muy aceptada entre
los investigadores que desde un principio han orientado sus
investigaciones hacia lograr una arquitectura compatible con las
actuales, de ahí que esta tiene muchas semejanza con las
arquitecturas existentes, con elementos propios de la
computación cuántica.

La comunidad
científica dedicada a investigar tópicos en el
ámbito de la computación cuántica, ha
logrado enormes avances teóricos, al demostrar que es
posible reducir drásticamente los recursos
computacionales requeridos en la ejecución de algoritmos.
Algunos de esos algoritmos requieren un inmenso poder de
cómputo aún en las computadoras
más avanzadas de la actualidad. Algunos algoritmos
matemáticos como la búsqueda de los factores de
números primos, algoritmos de manejo de información
como la búsqueda en bases de datos no
ordenadas; han sido teóricamente desarrollados con mucho
éxito, utilizando los fundamentos de la computación
cuántica.

La teoría de la computación cuántica esta
basada en las interacciones del mundo atómico y en futuras
implementaciones de las computadoras cuánticas. Estas
aún están en los laboratorios de
investigación pero ya se tienen resultados alentadores,
como el desarrollo de la computadora
cuántica de cinco qubits desarrollado por Steffen.

Hay que destacar que en 1980 surgieron los primeros conceptos
de computacion cuántica, con avances que precisaron la
idea en 1994, gracias al agoritmo-cuantico lógico
desarrollado por Peter Shor. El siguiente paso a los ordenadores
es una red que los
comunique y los mientras nadie a logrado construir un ordenador
cuantico, recientemente han logrado construir una puerta lógica
cuántica en fibra
óptica.

La mecánica cuántica en la internet:

Aunque en la actualidad el objetivo y proceso es claro, nadie
ha podido diseñar un método práctico para
construir un ordenador cuántico. Prem Kumar (profesor de
ingeniería eléctrica en la Universidad de
Northwestern) ha dado un paso importante para hacer más
práctica la computación cuántica y
más tangible la idea de una futura Internet
cuántica con una puerta lógica cuántica en
una fibra óptica. ¿En qué se diferencian la
Internet actual con una cuántica? Básicamente en
que una red
cuántica sería capaz de romper los límites de
la
comunicación por Internet. Hemos leído varias
veces que la capacidad de la red de redes podría
colapsar, que las velocidades enfrentarían cuellos de
botella y que deberíamos olvidarnos del streaming de
vídeos en el futuro. Una Internet cuántica
podría solucionar todos estos problemas.

En Internet, la comunicación se lleva a cabo a
través de pulsos de luz. La saturación de
información y conexiones hace que esos pulsos se vuelvan
cada vez más débiles, alcanzando un límite
en lo que puede lograr. La mecánica cuántica
describe que un fotón (unidad de luz indivisible) puede
pasar por dos caminos diferentes a la vez. Con la ayuda de una
memoria cuántica (detectar y almacenar la
información en átomos), una Internet
cuántica derribaría las limitaciones actuales de
transferencias.

La computación cuántica es un paradigma que
busca superar las limitaciones y velocidades de los ordenadores
actuales. Mientras un ordenador común responde a leyes
físicas clásicas, un ordenador cuántico
opera con un fenómeno físico único de la
mecánica cuántica que le permite procesar la
información de una forma fundamentalmente nueva.

Los avances
tecnológicos han permitido que los microchips cada vez
sean más pequeños y que contengan más
transistores
para aumentar la velocidad de procesado. Sin embargo, este avance
tiene un límite, pues existe un punto (escalas
nanométricas) en que los electrones ya no pueden circular
por los canales correctos y el chip deja de funcionar. Si existe
un límite en el tamaño a manipular el único
sentido en que se puede seguir es aumentar los valores de
procesado en un mismo espacio.

Los ordenadores tradicionales trabajan a nivel de voltajes
eléctricos. Un bit es una unidad de información
representada como 0 ó 1 equivalente a si la corriente es
verdadera o falsa. En la computación digital, un bit puede
tomar sólo 2 valores, pero en la computación
cuántica ese valor es
exponencial. En un ordenador cuántico, trabajando a nivel
de cuanto y acorde a las leyes de la mecánica
cuántica, el qubit no es binario, sino que tiene
más bien una naturaleza cuaternaria. Un qubit existe como
cero, como uno y simultáneamente tanto como 0 y como 1,
con un coeficiente numérico representando la probabilidad
de cada estado. Esto se traduce a que un ordenador
cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador de 10
teraflops.

Así, el uso de qubits puede dar lugar a nuevas puertas
lógicas dando origen a nuevos algoritmos, permitiendo la
resolución de tareas que pueden resultar demasiado
complejas para los ordenadores actuales. La computación
cuántica promete resolución de problemas
instantáneos y una seguridad de
transmisión de datos
virtualmente perfecta. Un ordenador súper capaz que se
comunica con el resto a gran velocidad y sin comprometer la
información.

El trabajo de Plem Kumar no sólo representa un avance
en el desarrollo de una Internet cuántica, sino que
también sienta una base en la implementación
práctica de ordenadores cuánticos. Las puertas
lógicas reciben información, desarrollan una
operación lógica y producen un resultado. Una
puerta lógica cuántica es un componente fundamental
en un ordenador cuántico, y crearla en abre todo un
espectro de posibilidades. La puerta podría ser parte del
circuito que pase información de forma segura a
través de cientos de kilómetros de fibra.
Podría llevar a redes distribuidas, como es la
comunicación cuántica a larga distancia entre dos
ordenadores cuánticos. En resumen, una Internet
cuántica. Tal como dice Seth Lloyd (profesor de
ingeniería mecánica en el MIT), "una red tal
tendría poderes que no tiene la Internet actual.
Particularmente, la comunicación a través de una
Internet cuántica sería automáticamente
segura". Mayor velocidad, mayor capacidad, mayor seguridad. Una
Internet perfecta.

La mecánica cuántica en la gravedad:

La gravedad cuántica es el campo de la física
teórica que procura unificar la teoría
cuántica de campos, que describe tres de las fuerzas
fundamentales de la naturaleza, con la relatividad general, la
teoría de la cuarta fuerza fundamental: la gravedad.
La meta es
lograr establecer una base matemática unificada que
describa el comportamiento de todas las fuerzas de las
naturalezas, conocida como la Teoría del campo
unificado.

Una teoría cuántica de la gravedad debe
generalizar dos teorías de supuestos y formulación
radicalmente diferentes:

La teoría cuántica de campos que es una
teoría no determinista (determinismo científico)
sobre campos de partículas asentados en el espacio-tiempo
plano de la relatividad especial (métrica de Minkowski)
que no es afectado en su geometría
por el momento lineal de las partículas.

La teoría de la relatividad general que es una
teoría determinista que modela la gravedad como curvatura
dentro de un espacio-tiempo que cambia con el movimiento de la
materia y densidades energéticas.

Las maneras más obvias de combinar mecánica
cuántica y relatividad general, sin usar teorías de
gauge, tales como tratar la gravedad como simplemente otro campo
de partículas, conducen rápidamente a lo que se
conoce como el problema de la renormalización. Esto
está en contraste con la electrodinámica
cuántica y las otras teorías de gauge que son en
general renormalizables y donde el cálculo perturbativo
mediante diagramas de
Feynman pueden ser acomodados para dar lugar a resultados
finitos, eliminando los infinitos divergentes asociados a ciertos
diagramas vía renormalización.

La mecánica cuántica en la
electrodinámica:

La electrodinámica cuántica (QED acrónimo
de Quantum Electrodynamics) es la teoría cuántica
del campo electromagnético. QED describe los
fenómenos que implican las partículas
eléctricamente cargadas que obran recíprocamente
por medio de la fuerza electromagnética.

La electrodinámica cuántica es una
descripción detallada de la interacción entre
fotones y partículas cargadas de tipo fermiónico.
La teoría cuántica comparte ciertos rasgos con la
descripción clásica. De acuerdo con la
descripción de la óptica clásica la luz
viaja sobre todos los caminos permitidos, y su interferencia
determina los frentes de onda que se propagan de acuerdo con el
principio de Fermat. Similarmente, en la descripción
cuántica de los fotones (y los fermiones), estos pasan por
cada camino posible permitido por aberturas o sistemas
ópticos. En ambos casos el observador detecta simplemente
el resultado matemático de la superposición de
todas las ondas consideradas a lo largo de integrales de
línea. Una diferencia es que en la electrodinámica
la velocidad efectiva de un fotón puede superar la
velocidad de la luz en promedio.1

Además QED fue la primera teoría cuántica
del campo en la cual las dificultades para construir una
descripción completa de campos y de creación y
aniquilación de partículas cuánticas, fueron
resueltas satisfactoriamente.

La mecánica cuántica en la espuma
cuántica:

La espuma cuántica, también referida como espuma
espaciotemporal, es un concepto relacionado con la
mecánica cuántica, concebido por John Wheeler en
1955. La espuma sería supuestamente la fundación
del tejido del universo, pero también se utiliza el
término como una descripción cualitativa de las
turbulencias del espacio-tiempo subatómico, que tienen
lugar a distancias extremadamente pequeñas, del orden de
la longitud de Planck. En esta escala de tiempo y espacio, el
principio de incertidumbre permite que las partículas y la
energía existan brevemente, para aniquilarse
posteriormente, sin violar las leyes de conservación de
masa y energía. Puesto que la escala de espacio y tiempo
se ve reducida, la energía de las partículas
virtuales se ve incrementada, y puesto que la energía
curva el espacio-tiempo, de acuerdo a la teoría de la
relatividad general de Einstein, esto sugiere que a escalas
suficientemente pequeñas, la energía de las
fluctuaciones sería suficientemente elevada para causar
salidas significativas de dicha energía desde el
espacio-tiempo liso visto desde una escala mayor, lo que le
daría al entramado espaciotemporal un carácter
"espumoso". Sin embargo, sin una teoría completa de la
gravedad cuántica, es imposible saber cómo se
apreciaría el espacio-tiempo a estas escalas, ya que se
piensa que las teorías existentes no podrían hacer
predicciones muy precisas en este contexto.

La mecánica cuántica en las investigaciones del
agua:

La ecuación de Schrödinger, uno de los fundamentos
de la teoría de la mecánica cuántica, ha
desvelado el funcionamiento de las moléculas del agua
gracias al uso de un conjunto de ordenadores superpotentes.
Formada por dos átomos de hidrógeno y por uno de
oxígeno, se cree que el secreto de las
propiedades de este líquido tan común como
misterioso radica en la capacidad de sus moléculas para
formar determinados enlaces entre los átomos de
hidrógeno. El desarrollo de este nuevo modelo
informático podría tener múltiples
aplicaciones, y quizá resuelva determinadas cuestiones
como la razón por la que el agua, en estado sólido
(hielo), no se hunde dentro de sí misma.

Esencial para todas las formas de vida, y objetivo eterno de
estudio, el agua es una sustancia con algunos misterios que
aún no han podido ser revelados, al menos desde la
física clásica.

El acercamiento a este extraño elemento constitutivo,
sin embargo, desde la perspectiva de la física
cuántica (desde la ecuación de Schrödinger
para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de
ordenadores superpotentes, ha revelado la estructura subyacente
del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del
agua, que están formadas "tan sólo" por dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la
universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University
de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para
desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de
concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

Y es que, en teoría, toda la química y la
física de la materia a escala macroscópica
podría ser descrita íntegramente por una enorme
ecuación de Schrödinger aplicable a más de 10
elevado a 23 átomos de una unidad de materia.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es
actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una
capacidad de cálculo superpotente, que permitirían
comprender algunas de las enigmáticas propiedades del
agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos,
como la meteorología y la mecánica celeste.

Los resultados de la investigación han sido publicados
por la revista
Science y han sido explicados en un comunicado de la universidad
de Delaware. La investigación ha estado liderada por el
profesor de física y astronomía de dicha universidad, Krzysztof
Szalewicz, que ha colaborado con Robert Bukowski, de la Cornell
University, y Gerrit Groenenboom y Ad van der Avoird, del
Institute for Molecules and Materials de la Redbud
University.

Conclusión

La Mecánica Cuántica no sólo nos
permitió la comprensión de los átomos, sino
que también introdujo un nuevo universo de conceptos e
ideas, muchos de los cuales a primera vista eran descabellados.
Sin embargo todas las predicciones de la Mecánica
Cuántica han sido confirmadas, incluso aquellas que
parecían en total contradicción con el sentido
común. No solamente amplió nuestra visión
intelectual o filosófica de la realidad. También
permitió el desarrollo tecnológico en el cual nos
encontramos inmersos en estos días. Así fue posible
realizar estudios microscópicos de los materiales con una
nueva disciplina, la que se llamó Física del Estado
Sólido o Física del Sólido.

La Física del Sólido es la base del desarrollo
tecnológico del siglo XX. Por ejemplo, es
prácticamente imposible imaginarse las telecomunicaciones modernas sin dispositivos cuyas
bases no se encuentren en la Mecánica Cuántica. Un
teléfono portátil, por ejemplo,
tendría el tamaño de una casa, difícilmente
posible de llevárselo al oído. Sin
la Mecánica Cuántica habrían muy limitadas
comunicaciones
internacionales, significaría habernos quedado con el
telégrafo de los símbolos de Morse y no
existiría la Internet, el correo
electrónico, el contacto con bibliotecas
internacionales, etc. El mundo actual sería mucho
más primitivo y atrasado.

Por otra parte hizo posible el avance de la medicina, con la
infinidad de instrumentos nuevos que permiten diagnósticos
y tratamientos mucho más simples y precisos. Baste
mencionar aquí el láser, el scanner, los
equipos de resonancia magnética nuclear, los rayos X, etc.
todos los cuales no existirían sin este conocimiento
básico.

Por otra parte la Mecánica Cuántica es la
teoría mejor comprobada experimentalmente enla historia de
la Ciencia: no da razones últimas de por qué la
Naturaleza es como parece ser, o de si podría ser de otra
forma, pero reproduce correctamente los comportamientos
observados. Aunque algunas de sus características
desafíen al sentido común, no contiene
contradicciones, es compatible con todos los resultados
experimentales conocidos, y ha permitido numerosas predicciones
sobre nuevos fenómenos que hasta ahora siempre se han
confirmado. Ello no la convierte en un dogma indiscutible, pero
tampoco es una mera construcción social o un simple
consenso entre quienes se dedican a ella, como mantienen los
sociologos postmodernos y deconstructivistas respecto a las
ciencias de la naturaleza en general, negando su caracter
objetivo. pregunta "¿onda o partícula?", la
respuesta ortodoxa es "a veces onda y a veces partícula",
mientras que en la teoría de de Broglie-Bohm es onda y
partícula en todo momento.

Las leyes físicas no son simples convenciones sociales
entre los físicos en un momentohistórico dado, sin
más elementos objetivos que
los que se dan en similares consensos en las humanidades, el Arte
o la Política, donde los criterios cambian y lo
mayoritariamente.

La Mecánica Cuántica tampoco es un sistema
puramente matemático depostulados y teoremas sometidos
sólo a su consistencia lógica interna: es
unateoría de la Naturaleza experimentalmente falsable. En
cualquier momentopuede aparecer nueva evidencia experimental que
obligue a rechazarla o almenos modificarla. En concreto,
sigue habiendo dificultades paracompatibilizarla con la
Relatividad General, y existen indicios de que adistancias del
orden de la llamada longitud de Planck, 1.6 ×10 -35m, mucho
más pequeñas que las alcanzadas hasta el presente,
la estructura del espacio tiempo puede ser muy distinta de la
considerada hasta ahora, exigiendo un nivel más profundo
de cuantificación (del propio espacio-tiempo e incluso de
su topología). Aunque éste sea el final
de esta contribución, ciertamente no hemos llegadoal Fin
de la Historia de la Mecánica Cuántica.

Autor:

Oswel Albarran