Mecánica Cuántica: ¿por qué es tan alucinante?

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Hoyo negro || Imagen: www.nasa.gov

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Y entonces, ¿cómo puede ser que las dos grandes revoluciones de la física del siglo XX (cuántica y relatividad), no puedan ser unificadas? ¿Hay algo escondido con la cuántica con lo que aún no damos?, ¿Estamos planteando mal los problemas?

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Mecánica Cuántica: ¿por qué es tan alucinante?

Nueva sección: ciencia

La física nació como un intento del ser humano para explicar lo que observa (y a veces sólo sobre lo que sospecha que está ahí). Estas construcciones nos han conducido a resultados verdaderamente asombrosos. Y conforme la física se desarrolla más y más surgen preguntas que nunca nos habríamos imaginado.

Hasta antes de Newton, los científicos le atribuían el movimiento de los astros a la voluntad de seres divinos como los ángeles. Isaac Newton revolucionó la forma de explicarse el mundo y la mecánica (movimiento) de los objetos. Tanto así que después de su trabajo, se dijo que con Newton la física quedaba completamente construida y no había nada más que hacer. Pero unos tres siglos más tarde una nueva generación de físicos, tanto teóricos como experimentales, aceptaban que se encontraban ante fenómenos que la mecánica newtoniana no podía predecir ni explicar.

La humanidad necesitaba el nacimiento de una nueva física, una que nos ayudara a interpretar el movimiento de objetos con velocidades cercana a la de la luz (casi 300,000 kilómetros por segundo); una que nos ayudara a entender por qué los cuerpos, por el simple hecho de poseer masa, ejercen una fuerza de gravedad… Es más, ¿qué es la gravedad?

¡Era el momento de una nueva revolución! Es así que con el trabajo y el ingenio de muchos físicos de la época, de entre los que destaca Albert Einstein (y aún está el debate del papel que jugó Mileva Maric), nacieron la relatividad especial y la relatividad general. Ideas casi sacadas de la ciencia ficción, como pensar que la velocidad de la luz en el vacío es la misma siempre, en cualquier sistema de referencia inercial, o que un objeto deforma el espacio-tiempo por el simple hecho de tener masa y la gravedad es la forma en que percibimos esta deformación, se materializaban en teorías formales y al mismo tiempo excelentes para explicar fenómenos asombrosos del cosmos.

Ahora sí, la física estaba completa… ¿o no?

A la par necesitaba nacer otra física, la física de los objetos pequeños (subatómicos). Porque los físicos ya habían notado que lo más pequeño, lo inobservable, necesitaba una descripción. Todo lo que nos rodea está formado por átomos: protones, neutrones y electrones, quarks, fotones…

Pero si la física de la relatividad no era muy intuitiva, esta nueva física superaba los límites de la imaginación: partículas que pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, que pueden cambiar su comportamiento dependiendo de si están siendo “observadas” o no, partículas sin masa, etc.

Nació la mecánica cuántica

La receta era simple: se trataba de cuantizar (particionar los objetos hasta su mínimo) para después describir las partículas resultantes y luego los objetos formados por ellas, como estrellas, galaxias y fuerzas.

Con ello se describieron partículas componentes de la materia y también se cuantizaron tres de las cuatro interacciones fundamentales. Así, la fuerza electromagnética (primera interacción) podría verse como una composición de fotones (sí, así como la luz, porque la luz es un fenómeno electromagnético). Y otras dos interacciones, la fuerte y la débil, después de intenso trabajo, también podían ser descritas por medio de la cuantización. Ya estaba casi todo listo, unos días más y la cuarta interacción fundamental, la gravedad, quedaría también descrita desde el punto de vista cuántico.

Pero pasaron unos días, unas semanas, unos meses y unos años y la gravedad no se cuantizaba y los esfuerzos por lograrlo, eran cada vez más grandes.

Han pasado décadas desde los primeros intentos…

La cuántica, que ha descrito a tres interacciones fundamentales, no ha sido capaz de describir la gravedad. La relatividad se ha encargado de describir a la gravedad, pero para ahondar más, necesitamos saber cuál es su partícula fundamental, es decir: de lo que está hecha.

Parece que hay una incompatibilidad entre los resultados de la relatividad que describen a la gravedad, y la mecánica cuántica (que intenta describirla también, pero desde el mundo cuántico).

Y no es que una teoría sea correcta y otra no. Porque ambas han demostrado su eficacia y por separado han conducido a los más grandes avances científicos y tecnológicos de los últimos tiempos.

Y entonces, ¿cómo puede ser que las dos grandes revoluciones de la física del siglo XX (cuántica y relatividad), no puedan ser unificadas? ¿Hay algo escondido con la cuántica con lo que aún no damos?, ¿Estamos planteando mal los problemas?

Numerosos intentos se han hecho desde entonces, por ejemplo, la teoría de cuerdas, la gravedad cuántica canónica, la gravedad cuántica de bucles, etc. Los físicos intentan armar el rompecabezas en pequeñas porciones. Algunas veces llegan a resultados insatisfactorios, algunas otras llegan a descripciones de manera muy forzada, otras se limitan a sólo describir a la gravedad, dejando de lado las otras tres interacciones, algunas más describen al fenómeno de manera local y en un corto periodo de tiempo, pero fallan al intentar describir al fenómeno de manera universal.

¿Y por qué estamos tan obsesionados con la unificación?

Porque parece ser fundamental para teorizar los primeros momentos de existencia del universo, la naturaleza de los agujeros negros, la materia obscura y cuál será nuestro final.

Pero estarán de acuerdo conmigo en que un pequeño artículo de divulgación no es suficiente para describir el apasionante mundo de la mecánica cuántica. Por ello este escrito pretende ser tan solo una introducción a una serie de escritos que nos permitan dilucidar el reto al que nos enfrentamos y, de ser posible alentar a las juventudes a investigar más sobre estos temas.

Porque de esa manera nace el amor por la física.


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Luz Silvana Rodríguez Meléndez

Luz Silvana Rodríguez Meléndez

Estudiante de física y con interés en Teoría Cuántica de Campos y cosmología cuántica. Con dos estancias de investigación y formación relacionadas a ambos temas y una más en Astronomía. Apasionada por aprender física y matemáticas pero también por ayudar a otros a lograrlo, porque soy firme creyente de que el conocimiento nos hace libres. Me he desarrollado también en el activismo político y social, con participación como facilitadora en institutos de formación política, promovente de la soberanía nacional, formación de círculos de estudio y formación en talleres de juventud, ética, legislación, etc.

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