A comienzos del siglo XX, mientras investigaba la razón de la radiación del cuerpo negro, Max Planck desarrolló la teoría cuántica. Planck explicó la energía electromagnética como cuantos discretos que podían ser emitidos o absorbidos, en lugar de una onda continua como había imaginado. Por lo tanto, según la teoría de Planck, la energía es absorbida o emitida desde un átomo en cantidades específicas, que son los cuantos.[1]

Según la ecuación de Planck, la energía de una partícula yace en la frecuencia:

E = vh

 

E: energía

v: frecuencia

h: constante de Planck utilizada para describir el cuanto

h = 6.62606896 x 10-34 j·s

o

h = 4.135667516(91) x 10-15 eV·s

EM_Spectrum3-new
Espectro de ondas y frecuencias electromagnéticas y su relación con la energía (o calor).

En 1905, Einstein incluyó una aplicación de la teoría cuántica en uno de sus trabajos de investigación. Definió a la luz como cuantos (fotones) en lugar de ondas continuas como se pensaba anteriormente. Esta investigación tuvo un profundo impacto en la revolución de la mecánica cuántica, así como también en la noción de que la teoría de partículas y la teoría de ondas se complementan entre ellas al describir los cuantos. En consecuencia, la presentación de Einstein estableció la dualidad onda-partícula de la luz (fotones) y posteriormente, la dualidad onda-partícula de la materia (es decir, electrones).[2]

La teoría clásica tradicional fallaba al explicar el átomo en muchos aspectos que incluyen los siguientes:

El modelo atómico de Rutherford, la caída del electrón dentro del núcleo lleva al colapso del átomo. Suponiendo que sea estable, el electrón cargado negativamente sería atraído por el núcleo cargado positivamente y caería dentro de él, el electrón bajaría en espiral hasta que caer dentro del núcleo y el átomo colapsaría.

La teoría clásica no explica el movimiento del electrón a otro nivel, o de una órbita a la otra, o su movimiento en un momento en particular.

Tampoco explica la desintegración radiactiva o la fisión del núcleo atómico, ni la emisión de partículas tales como la partícula Alfa (que consiste de dos protones o dos neutrones, es decir, un núcleo de helio emitido por un núcleo inestable), la partícula Beta (un electrón emitido durante la desintegración de un neutrón) fuera de dominio del núcleo en un momento determinado.

La solución a estos problemas comenzó cuando Bohr aplicó la teoría cuántica para explicar lo que ocurre dentro del átomo. Al principio, Bohr explicó el átomo —parcialmente— sobre la base de los cuantos. Dio por sentado que el electrón emite o absorbe una cantidad específica de energía, y que así se traslada a un nivel inferior o superior.

De esta manera, se fueron dando pasos en dirección a la cuantificación, porque la mecánica clásica no puede explicar lo que ocurre en el átomo, ni puede ser utilizada junto a la mecánica cuántica para explicar completamente el átomo. Así continuó la cuantificación del átomo, como veremos, nada ha quedado de la forma clásica del átomo, es decir, electrones orbitando alrededor del núcleo.

No obstante, el modelo atómico de Bohr, en el cual incorporó la mecánica cuántica y sobre el cual construyó la tabla periódica, es útil para entender la química. Esto es porque sólo le concierne conocer el estado de los electrones dentro de un átomo cuando son compartidos o intercambiados con otro átomo para lograr la estabilidad (la estabilidad está representada por las hipotéticas capas exteriores de electrones del átomo completo). Por eso a menudo se estudia el átomo de Bohr, aunque no refleja la realidad del átomo o cómo están formados los electrones en él.

Luego vino la descripción de los electrones y las partículas de física de Louis De Broglie que se comportan como ondas, así como también los fotones y ondas de energía que se comportan como partículas. Queda claro con esta definición que la física clásica ya no puede explicar que todas las partículas se comportan como ondas, tal como queda claro que las órbitas de los electrones del átomo de Bohr no son una descripción verdadera de lo que es realmente el átomo.

Sir Arthur Eddington resumió la situación brillantemente en su libro The Nature of the Physical World, publicado en 1929. “No pueden elaborarse concepciones familiares sobre el electrón”, afirmó, y en su mejor descripción del átomo se limita a presentarlo como “algo desconocido que hace no sabemos qué” … Pero lo importante es que, aunque no se sabe qué hacen los electrones en los átomos, sí se sabe que su número es muy importante. Esta “jeringoza” pasa a ser científica si se le añaden unos cuantos números: “Ocho escurridizas “cosas” giran suspendidas en la telaraña del oxígeno, siete en el nitrógeno… si una de ellas escapa del oxígeno, éste quedará disfrazado con un ropaje que pertenecen propiamente al nitrógeno.”

    No se trata de una observación chistosa. A condición de que no se cambien los números, como Eddington señaló hace más de cincuenta años, todos los fundamentos de la física podrían traducirse a la “jeringoza”. (Gribbin 1984, “En Busca del Gato de Schrödinger”, 77).

En consecuencia, Heisenberg describió con exactitud al átomo o el comportamiento de las partículas del átomo, y esto fue llamado mecánica matricial. Entonces se enfocó en las matemáticas y en lo que puede ser observado, tal como las líneas espectrales, descartando la descripción tradicional del átomo.

Luego Paul Dirac desarrolló el álgebra cuántica, la cual es más inclusiva.[3]

Se ha aceptado que el electrón también se comporta como onda como explicó De Broglie. Esto permitió a Schrödinger describir la mecánica cuántica con ondas y desarrollar la mecánica ondulatoria, quizás en un intento por aportar una solución semi-clásica para los cuantos.[4]

De esta manera, hubo ecuaciones de dos tipos diferentes: uno consideraba a los electrones como partículas, mientras que el otro los consideraba ondas. Ambos tipos de ecuaciones fueron utilizados para describir lo que puede medirse en la mecánica cuántica. Lo que es utilizado y estudiado rutinariamente es la mecánica ondulatoria, o solución de Schrödinger, porque es más fácil de entender y más próxima a la forma tradicional que la mecánica matricial de Heisenberg. No obstante, posteriormente se descubrió que las dos soluciones son equivalentes, y que la solución ondulatoria de Schrödinger no resolvía el problema de los saltos ondulatorios con una solución clásica como él esperaba.

En primer lugar, las mismas ondas resultaron ser, tras un profundo estudio, tan abstractas como los números q de Dirac. Las matemáticas mostraban que no podía tratarse de ondas reales en el espacio, como las olas en un estanque, sino que representaban una forma compleja de vibraciones en un espacio matemático imaginario llamado el espacio de las fases. Peor aún, cada partícula (por ejemplo, cada electrón) necesita sus propias tres dimensiones. Un electrón aislado se puede describir por una ecuación de ondas en un espacio tridimensional; dos electrones requieren seis dimensiones; para tres electrones hacen falta nueve dimensiones, y así sucesivamente. En cuanto a la radiación del cuerpo negro, incluso cuando todo se había convertido al lenguaje mecánico ondulatorio, la necesidad de los cuantos discretos y de los saltos cuánticos subsistía. Schrödinger se sentía incómodo e hizo la siguiente observación, a menudo citada más o menos literalmente: “Si yo hubiera sabido que no nos íbamos a poder librar de estos malditos saltos cuánticos, nunca me habría metido en ese tema.” Como Heisenberg señala en su libro Physics and Philosophy, “… las paradojas del dualismo entre la imagen ondulatoria y la corpuscular no fueron resueltas; estaban ocultas en algún lugar del esquema matemático”.

    Sin duda, la atractiva imagen de las ondas con realidad física en círculos alrededor de los núcleos atómicos, que condujo a Schrödinger al descubrimiento de la ecuación de ondas que hoy lleva su nombre, es errónea. La mecánica ondulatoria no es más que, como la mecánica matricial, una guía para el estudio del mundo atómico; pero, al contrario que la mecánica matricial, la mecánica ondulatoria produce la ilusión de ser algo familiar y cómodo. Esta ilusión ha persistido hasta nuestros días disimulando el hecho de que el mundo atómico es totalmente diferente de nuestro mundo de cada día. Varias generaciones de estudiantes, entre las que figuran las de los científicos actuales, podrían haber profundizado mucho más en la teoría cuántica si hubieran sido obligados a enfrentarse con el abstracto tratamiento de Dirac, en lugar de permitirles pensar que lo que sabían sobre ondas en el espacio ordinario les proporcionaba una imagen del comportamiento de los átomos (Gribbin 1984, “En Busca del Gato de Schrödinger”, 99).[5]

Eventualmente Bohr llegó a la conclusión de que la partícula cuántica es similar al electrón en que tiene una naturaleza dual. Esto significa que se comporta como una onda bajo ciertas condiciones y como una partícula bajo otras. Su verdadera naturaleza no está especificada: no es ni una partícula ni una onda. No es posible formular un experimento en el que se comporta con una naturaleza dual —como partícula y como onda— simultáneamente. La naturaleza de la partícula y la de la onda se complementan entre sí, o en otras palabras, muestran complementariedad.

El famoso experimento de la doble rendija aclara esto. Al emitir un electrón desde una fuente hacia una lámina con dos rendijas, este pasa a través de las dos rendijas y llega a la pantalla del otro lado, pero si las dos rendijas son observadas, el electrón se comporta como una partícula y pasa sólo a través de una de las rendijas. Sin embargo, cuando las dos rendijas no son observadas, se registra un patrón de interferencia en la pantalla trasera, lo cual significa que el electrón ha pasado por ambas rendijas. Así que, en un caso, el electrón se comporta como una sola partícula y en el otro, como una onda o un grupo de electrones fantasmas. En otras palabras, es como si el electrón, al ser emitido desde la fuente, se transformara inmediatamente en una nube de electrones fantasmas, cada uno calificado para ser nuestro electrón real. Cuando lo observamos, vemos a uno de estos electrones fantasmas o forma de electrón y lo percibimos como al electrón real mientras que los otros desaparecen. A su debido tiempo, discutiremos cómo desaparecen las demás formas del electrón.

En consecuencia, Max Born desarrolló un método para entender las ondas de Schrödinger utilizando lo que se llama función de onda, la cual es una solución para conocer la probabilidad de existencia de una partícula (tal como el electrón) en una posición determinada. Es probable que el electrón o la partícula esté en cualquier posición, mientras que la función de onda sólo calcula la probabilidad de que esta partícula esté es una posición en particular.[6]

Posteriormente se introdujo el principio de incertidumbre de Heisenberg, o principio de indeterminación, el cual fue el descubrimiento más importante en la mecánica cuántica.

Y de esta manera, físicos como Einstein, Bohr, Max Born, Schrödinger, Pauli, Heisenberg y Dirac desarrollaron la teoría cuántica de Planck hasta convertirla en una teoría integral para explicar la mecánica de partículas (a nivel atómico y subatómico). Según la mecánica cuántica, el electrón puede encontrarse en cualquier posición dentro del átomo, así que es más parecido a una nube o niebla extendida por todo el átomo que a una partícula o incluso a una onda.

La mecánica cuántica tenía la solución y la respuesta a las preguntas que giraban en torno al átomo, al comportamiento de los electrones y al núcleo. Sin embargo, en algunas ocasiones, la respuesta era que no había respuesta definitiva a algunas de las preguntas, o que había más de una posibilidad, o que simplemente sucedía de esa manera sin ningún motivo. El principio de causalidad sobre el cual están basadas muchas preguntas de la mecánica clásica no tiene la misma presencia en la mecánica cuántica que Bohr y su grupo adoptaron en ese momento. Los eventos cuánticos pueden ocurrir sin ninguna razón, y pueden ocurrir en un momento en particular sin ninguna razón aparente.

Al igual que el resto de los científicos que estudiaban el fenómeno de la radiactividad en aquel tiempo, Einstein estaba convencido de que las tablas estadísticas no eran la única base, y de que las investigaciones posteriores determinarían por qué una transición particular ocurre en un momento preciso, y no en otro. Fue en este punto en el que la teoría cuántica comenzó a separarse de las ideas clásicas. No existe una razón fundamental por la que la desintegración radiactiva o las transiciones atómicas se produzcan en momentos precisos; a veces parecen debidas al azar, sobre una base estadística, lo que implicaría tener en cuenta ciertas cuestiones filosóficas fundamentales.

En el mundo clásico, todo tiene su causa. Se puede buscar la causa de cualquier acontecimiento y retrocediendo en el tiempo encontrar la causa de la causa y así sucesivamente hasta llegar al “Big Bang” (si se es cosmólogo) o al momento de la creación en un contexto religioso, si se sigue el modelo clásico. Pero en el mundo cuántico, esta causalidad directa desaparece tan pronto como nos fijemos en la desintegración radiactiva y en las transiciones atómicas. Un electrón no desciende de un nivel de energía a otro en un instante concreto por ninguna razón concreta. El nivel de energía más bajo es el más deseable para el átomo, en un sentido estadístico, por lo que es bastante probable (el grado de probabilidad puede incluso ser cuantificado) que, antes o después, el electrón efectúe el salto. Pero no hay forma de predecir cuándo ocurrirá ese cambio. Ningún agente externo empuja al electrón, y ningún mecanismo interno señala el tiempo del salto. Simplemente ocurre, sin ninguna razón particular. (Gribbin 1984, “En Busca del Gato de Schrödinger”, 53-54).

Heisenberg había introducido el principio de incertidumbre o de indeterminación, el cual es, quizás, el principio más importante de la mecánica cuántica. Establece que es imposible medir un par de propiedades cuánticas con precisión. La posición y la velocidad de las partículas cuánticas, por ejemplo, serían imposible de determinar simultáneamente y con precisión. Mientras mayor es la certeza de conocer la posición de un cuanto en particular, menor es la certeza de conocer su velocidad o momento, en ese mismo instante. También podemos decir que no es posible conocer con precisión el valor de campo y su tasa de cambio al mismo tiempo. Esta es una característica intrínseca de la mecánica cuántica y es un resultado matemático confirmado por el experimento.

Esta serie de ideas —incertidumbre, complementariedad, probabilidad, y la perturbación del sistema por el observador— forman parte de la llamada interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, aunque nadie en Copenhague (ni en ningún otro sitio) describió nunca con esas palabras una posición definida como la interpretación de Copenhague, y uno de sus ingredientes esenciales, la interpretación estadística de la función de onda, realmente vino de Max Born, que estaba en Göttingen. La interpretación de Copenhague significa muchas cosas para muchos científicos, si no casi todo para todos, y ella misma tiene una imprecisión coherente con el mundo mecánico cuántico que describe. Bohr presentó por primera vez en público una visión en conjunto de la teoría en una conferencia en Como, Italia, en septiembre de 1927. Esta fecha señala la época en que se completó una teoría mecánico cuántica consistente en un esquema que podía ser utilizado por cualquier físico competente para resolver problemas con átomos y moléculas, sin ser muy necesario el pensar acerca de los fundamentos, siempre que se dedicara a seguir el recetario para encontrar las soluciones. (Gribbin 1984, “En Busca del Gato de Schrödinger”, 102-103).

En la mecánica cuántica, el fotón sin masa —que representa energía— ya no es solo una onda, sino también una partícula. Y el electrón, que tiene masa, ya no es solo una partícula, sino que también se comporta como una onda. De hecho, incluso la onda ya no es una onda real —sino un concepto representado por la función de onda. Discutiremos la verdadera realidad de la función de onda a su debido momento. El electrón emitido hacia una lámina con dos hoyos o rendijas puede pasar a través de ambas simultáneamente. La única manera de determinar por cuál de las dos pasó es a través de la observación y el monitoreo de las dos rendijas. Según la interpretación de Copenhague o del grupo de Bohr, el observador tiene un impacto sobre el sistema y lo hace asignar una posición al electrón.

Aportaré un ejemplo destinado a facilitar nuestro entendimiento:

Supongamos que tenemos una fuente que está emitiendo partículas —electrones, por ejemplo. Cuando el electrón abandona la fuente, se convierte en un grupo de electrones fantasmas, y uno de ellos es nuestro electrón real. Aquí, la palabra “real” es hipotética. Este electrón real es identificado solo cuando lo observamos. En otras palabras, es real cuando lo observamos. Esto significa que, si os imagináis dando la espalda al electrón, lo que hay a vuestra espalda es un grupo de electrones fantasmas, de los cuales uno es el real. Sin embargo, no se identifica, es decir, que cualquier electrón puede ser el real. Ahora imaginaos que os dais vuelta para mirar este grupo de electrones. Ahí es cuando la función de onda colapsa y no los veréis. En su lugar, solo veréis nuestro electrón real. Lo que ocurrió es que todos desaparecieron excepto uno, que es el habéis observado. Con respecto a la razón de la desaparición de estos, no una respuesta definitiva a esta pregunta.

En la mecánica cuántica, hay múltiples respuestas. Una de ellas es que el observador afecta de algún modo al sistema de tal manera que solidifica a la partícula en una posición en particular, es decir, que el observador tiene un impacto sobre lo que observa.

Otra respuesta es que el grupo de partículas fantasmas que acompañaba a nuestra partícula —que observamos— existe en diferentes universos. Lo que ocurre es que, cuando la observamos, vemos una de las partículas en uno de estos universos, y esta observación nos vela el resto. Por eso no las vemos ni vemos su impacto sobre la pantalla del experimento.

El mundo parece reservarse todas sus opciones, todas sus probabilidades, que están tan abiertas como es posible. Lo extraño de la usual interpretación de Copenhague del mundo cuántico es que es el acto de observar al sistema físico lo que le obliga a seleccionar una de sus opciones, que entonces se hace real.

    En el más sencillo experimento con los dos agujeros, la interferencia de las probabilidades puede interpretarse en términos del electrón que, tras abandonar el disparador, se desvanece desapareciendo de la vista, y es sustituido por una colección de electrones fantasmas, cada uno con un camino diferente hasta llegar a la pantalla detectora. Los fantasmas interfieren entre sí y cuando se observa la detención de los electrones en la pantalla se encuentran las huellas de esta interferencia, incluso si se trabaja con un solo electrón real en cada instante. Sin embargo, esta distribución de electrones fantasmas sólo da cuenta de lo que pasa cuando no se observa; cuando se hace, todos los fantasmas excepto uno desaparecen y uno de esos fantasmas se materializa como un electrón real. En términos de la ecuación de ondas de Schrödinger, cada uno de esos electrones fantasmas corresponde a una onda, o más bien a un paquete de ondas, las ondas que Born interpretó como una medida de la probabilidad. La observación que obliga a cristalizarse a uno de los fantasmas de la colección de electrones potenciales es equivalente, en términos de mecánica ondulatoria, a la desaparición de toda la distribución de ondas de probabilidad excepto un paquete de ondas que describa un electrón real. Esto recibe el nombre de colapso de la función de onda y, por extraño que resulte, constituye el núcleo de la interpretación de Copenhague, que a su vez es el fundamento de la cocina cuántica. Es sumamente dudoso, no obstante, que muchos de los físicos, ingenieros electrónicos y otros que utilizan el recetario cuántico sean conscientes de que las reglas que resultan tan fiables en el diseño de láseres y computadores, o en el estudio de material genético, se basan explícitamente en la hipótesis de que miríadas de partículas fantasmas interfieren constantemente entre sí y que sólo se funden en una única partícula real cuando la función de onda se colapsa durante una observación. Y lo que aún es peor, en cuanto se detiene la observación del electrón, o de lo que sea, éste se desdobla inmediatamente en una nueva colección de partículas fantasmas, cada una siguiendo su propio camino aleatorio a través del mundo cuántico. Nada es real salvo que sea observado, y cesa de ser real en cuanto se detiene la observación.

    Es posible que la gente que utiliza el recetario cuántico lo haga por la familiaridad de las ecuaciones matemáticas. Feynman explica la receta básica de forma simple. En mecánica cuántica, un suceso es un conjunto de condiciones iniciales y finales, ni más ni menos. Un electrón abandona el disparador a un lado del dispositivo experimental, y el electrón llega a un detector particular al otro lado de la pared. Eso es el suceso. La probabilidad de un suceso viene dada por el cuadrado de un número que es, esencialmente, la función de onda de Schrödinger, ψ. Si hay más de una forma en que el suceso puede ocurrir (estando abiertos los dos agujeros), entonces la probabilidad de cada suceso posible (la probabilidad de que el electrón llegue a un detector determinado) viene dada por el cuadrado de la suma de las funciones de onda, y aparece interferencia. Pero si se efectúa una observación para descubrir cuál de las alternativas ocurre en realidad (detectar por qué agujero pasa el electrón) la distribución de probabilidad es justamente la suma de los cuadrados de las respectivas funciones de onda, y el término de interferencia desaparece; la función de onda se colapsa.

La física en este caso resulta imposible de aplicar, pero las matemáticas son claras y simples, son ecuaciones familiares a cualquier físico. En tanto que se evite preguntar el significado de lo que hace, no hay problemas. Pregúntese por qué el mundo ha de ser así, y el mismo Feynman tiene que contestar, “no tenemos ni idea”. Si se insiste en solicitar una imagen física de lo que ocurre, se encontrará todas las explicaciones disueltas en un mundo de fantasmas donde las partículas sólo parecen reales cuando se las observa, y donde incluso propiedades como el momento y la posición son únicamente artilugios de las observaciones. No es sorprendente que muchos físicos de prestigio, incluyendo a Einstein, hayan dedicado décadas enteras a tratar de encontrar vías alternativas a esta interpretación de la mecánica cuántica. (Gribbin 1984, “En Busca del Gato de Schrödinger”, 151-152).

Pero, ¿qué es lo que varía en una onda de electrones?

La respuesta provino de un estudio teórico sobre cómo se comportan los electrones libres cuando son disparados a los átomos. Es natural describir un electrón viajando a través del espacio vacío como un paquete de ondas, un pequeño puñado de ondas de electrón que viajan juntas, como el pulso de las ondas de luz producidas como un reflector que sólo se enciende por un instante. La ecuación de Schrödinger muestra que, cuando un paquete de ondas como este choca a un átomo, se rompe; las pequeñas ondículas se desplazan en todas direcciones como chorros de agua cuando la corriente de una manguera de jardín golpea una roca. Esto fue desconcertante; los electrones que golpean átomos salen volando en una dirección u otra, pero no se rompen, siguen siendo electrones. En 1926 Max Born en Göttingem propuso interpretar este comportamiento peculiar de la función de onda en términos de probabilidades. El electrón no se rompe, pero se puede dispersar en cualquier dirección, y la probabilidad de que un electrón se disperse en una dirección particular es mayor en aquellas direcciones donde los valores de la función de onda son mayores. En otras palabras, las ondas de electrones no son ondas de nada; su significado es simplemente que el valor de la función de onda nos dice la probabilidad de que el electrón esté en o cerca de ese punto.

    Ni Schrödinger ni De Broglie se sintieron cómodos con esta interpretación de las ondas de electrones, lo que probablemente explica por qué ninguno de ellos contribuyó de manera importante al posterior desarrollo de la mecánica cuántica. Pero la interpretación probabilística de las ondas de electrones encontró apoyo en un argumento notable ofrecido por Heisenberg al año siguiente. Heisenberg consideró los problemas que se encuentran cuando un físico se propone medir la posición y el momento de un electrón. Para realizar una medición precisa de la posición, es necesario utilizar luz de longitud de onda corta, ya que la difracción siempre difumina imágenes de cualquier tamaño inferior a una longitud de onda de luz. Pero la luz de la longitud de onda corta consiste en fotones con un momento correspondientemente alto, y, cuando se usan fotones de gran momento para observar un electrón, el electrón necesariamente retrocede del impacto, arrastrando una fracción del momento del fotón. Por lo tanto, cuanto más exactamente intentemos medir la posición de un electrón, menos sabremos después de la medición acerca del momento del electrón. Esta regla se conoce como el principio de incertidumbre de Heisenberg. La onda de un electrón que tiene un pico muy pronunciado en alguna posición representa un electrón que tiene una posición bastante definida pero un momento que podría tener casi cualquier valor. Por el contrario, una onda de electrones que adopta la forma de una alternancia suave, igualmente espaciada de crestas y valles que se extienden a lo largo de muchas longitudes de onda, representa un electrón que tiene un momento bastante definido, pero cuya posición es muy incierta. Los electrones más típicos, como los de átomos o moléculas, no tienen definido ni una posición ni un momento.

    Los físicos continuaron discutiendo sobre la interpretación de la mecánica cuántica durante años después de haberse acostumbrado a resolver la ecuación de Schrödinger. Einstein era inusual en el rechazo de la mecánica cuántica en su trabajo; la mayoría de los físicos simplemente intentaban entenderla. Gran parte de este debate continuó en el Instituto Universitario de Física Teórica en Copenhague, bajo la guía de Niels Bohr. Bohr se centró particularmente en una característica peculiar de la mecánica cuántica que llamó complementariedad: el conocimiento de un aspecto de un sistema impide el conocimiento de ciertos otros aspectos del sistema. El principio de incertidumbre de Heisenberg proporciona un ejemplo de complementariedad: el conocimiento de la posición (o momento) de una partícula impide el conocimiento del momento (o posición) de la partícula.

    Alrededor de 1930, las discusiones en el instituto de Bohr condujeron a una formulación ortodoxa de “Copenhague” de la mecánica cuántica, en términos que ahora eran mucho más generales que la mecánica ondulatoria de los electrones individuales. Si un sistema consiste en una o muchas partículas, su estado en cualquier momento se describe mediante la lista de números conocidos como los valores de la función de onda, un número correspondiente a cada posible configuración del sistema. El mismo estado se puede describir dando los valores de la función de onda para configuraciones que se caracterizan de varias maneras diferentes, por ejemplo, por las posiciones de todas las partículas del sistema, o por el momento de todas las partículas del sistema, o de varias otras maneras, aunque no por las posiciones y el momento de todas las partículas.

La esencia de la interpretación de Copenhague es una separación nítida entre el sistema mismo y el aparato utilizado para medir su configuración. Como Max Born había enfatizado, durante los tiempos entre mediciones los valores de la función de onda evolucionan de una manera perfectamente continua y determinista, dictada por alguna versión generalizada de la ecuación de Schrödinger. Mientras esto sucede, no se puede decir que el sistema tenga una configuración definida. Si medimos la configuración del sistema (por ejemplo, al medir todas las posiciones de las partículas o todos sus momentos, pero no ambos), el sistema salta a un estado que está definitivamente en una configuración u otra, con probabilidades dadas por los cuadrados de los valores de la función de onda para estas configuraciones justo antes de la medición (Weinberg 1992, “El Sueño de una teoría final”, 72-75).[7]

El argumento más importante de quienes dicen que el universo vino de la nada proviene de la mecánica cuántica, en particular del principio de incertidumbre. De acuerdo con el principio de incertidumbre, el espacio vacío no puede estar completamente vacío, ya que su vacío significa que campos como el campo electromagnético deben ser completamente cero. Esto entra en conflicto con el principio de incertidumbre, que establece que el valor del campo y su tasa de cambio no se pueden conocer simultáneamente.

 


[1] Max Planck (1858-1947) fue un físico alemán. Es considerado el originador de la teoría cuántica y uno de más prominentes físicos del siglo XX.

[2] Albert Einstein (1879-1955), un germano-americano, fue uno de los más prominentes físicos de la historia. Alcanzó la fama presentando la teoría especial y general de la relatividad. Fue premiado con el Premio Nobel de Física en 1921.

[3] El Dr. Paul Dirac (1902-1984) fue un físico británico y uno de los fundadores de la mecánica cuántica. Él, junto con Schrödinger, recibieron el Premio Nobel de Física en 1933.

[4] El Dr. Erwin Schrödinger (1887-1961) fue un físico austríaco conocido por sus contribuciones a la mecánica cuántica, particularmente a las ecuaciones de Schrödinger, por lo cual fue premiado con el Premio Nobel de Física en 1933.

[5] El Dr. John Gribbin fue un físico y autor de varios libros, obtuvo su doctorado en astronomía en la Universidad de Cambridge.

[6] El Dr. Max Born (1882-1970) fue un físico y matemático alemán que recibió el Premio Nobel de Física en 1954 por su investigación de la mecánica cuántica.

[7] El Dr. Niels Bohr (1885-1962) fue un físico danés nacido en Copenhague. Contribuyó significativamente al formateo de los modelos para comprender la estructura del átomo y la mecánica cuántica. Es especialmente conocido por la interpretación de Copenhague, que exige la aceptación de la naturaleza probabilística propuesta por la mecánica cuántica.


Extracto del libro “La Ilusión del Ateísmo” de Ahmed AlHasan (a)

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