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16/11/2014
Usos y abusos de la mecánica cuántica
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A diferencia de los supuestos fenómenos paranormales, las predicciones asombrosas de la mecánica cuántica cuentan con una abrumadora evidencia experimental.

La mecánica cuántica tiene un problema con su nombre. Es demasiado atractivo y misterioso. Si se hubiese llamado "teoría de cota inferior a la acción para el modelado de sistemas físicos", la habrían dejado tranquila y no sería necesario salir a explicar que en numerosos usos de la palabra "cuántica" no hay ninguna relación válida con la física.

A diferencia de lo que sucede con la medicina, no existe una ley que proteja contra el "ejercicio ilegal de la física" y no hay penalidad para los que abusan de ella para propagar falsedades o para justificar ideologías esotéricas. Debemos entonces informar y educar a la sociedad para que no se deje embaucar por los charlatanes que invocan a la mecánica cuántica con el fin de hacer creíbles sus delirios.

Un poco de historia

A fines del siglo XIX se creía que las teorías físicas disponibles eran suficientes para explicar todos los fenómenos de la naturaleza. Se pensaba entonces que toda pregunta referida al comportamiento de los sistemas físicos encontraría una respuesta correcta mediante la aplicación de las llamadas teorías clásicas. Tal era la confianza que se tenía en la física clásica, que se anunciaba "el fin de la física". Solamente había un par de "pequeños problemas" que la física clásica no lograba explicar. Uno estaba relacionado con el color de los cuerpos incandescentes y el otro con la variación en la velocidad de la luz cuando la fuente emisora está en movimiento.

El anuncio del fin de la física resultó ser tan falso como esperamos que sea falso el anuncio -promulgado a fines del siglo XX- del fin de las ideologías. En efecto, de esos "pequeños problemas" surgieron dos grandes revoluciones de la física que conmocionaron a todos los ambientes culturales: la mecánica cuántica y la relatividad. No trataremos aquí a la relatividad y nos dedicaremos a exponer los aspectos esenciales de la revolución cuántica.

Éxitos y fracasos de la física clásica

La física clásica, la del siglo XIX, es extremadamente exitosa para describir el comportamiento de sistemas físicos, llamados macroscópicos, que son los que podemos percibir directamente con nuestros sentidos. Las piedras, los motores, la luna y los planetas, los ríos, los relojes, los rayos y los truenos, el viento, las olas y mareas, las máquinas y los procesos con todas sus propiedades de masa, energía, impulso, el calor, la luz y los colores y una inmensidad de cosas que encontraban explicación satisfactoria con la física clásica.

Es interesante notar que todos estos sistemas físicos y procesos son los que han intervenido en el desarrollo de nuestra intuición, esto es, en la expectativa que tenemos y que usamos para predecir el comportamiento de las cosas. Si soltamos un objeto, predecimos que va a caer, porque eso es lo que hemos experimentado miles de veces. Si dejamos un objeto en un lugar, esperamos que permanezca allí o que se mueva de acuerdo a causas conocidas. Si un objeto puede tener alguna propiedad como cierta posición o cierta velocidad, o cierto color, esperamos que estas propiedades estén presentes o ausentes, pero con certeza. Debido a que el desarrollo de la intuición ha sido influenciado por nuestro contacto con sistemas que describe correctamente la física clásica, decimos que la intuición es clásica. 

La física clásica fracasa, hace predicciones falsas (que no se corroboran en los experimentos) cuando se la aplica a sistemas físicos muy pequeños, livianos y tenues. Para éstos se desarrolló la mecánica cuántica, que se aplica con formidable éxito a sistemas 10 mil millones (1010) de veces más pequeños que los sistemas perceptibles por nuestros sentidos, 1.000 cuatrillones (1027) de veces más livianos y 10.000 quintillones (1034) de veces menos activos y más débiles.

¿Tenemos derecho a pensar que nuestra intuición, desarrollada con los sistemas clásicos, se aplique correctamente a sistemas físicos tan alejados de nuestros sentidos? ¡Claramente no! Otorgarnos ese derecho sería repetir el error antropocéntrico tantas veces cometido en la historia de la ciencia. Por ello, debemos estar preparados para aceptar que el comportamiento de los sistemas cuánticos viole nuestra intuición y nos asombre. La mecánica cuántica nos sugiere educar la intuición para hacer aceptables ideas altamente anti-intuitivas y asombrosas pero necesarias en la descripción del comportamiento de los sistemas cuánticos. En cierto sentido, la mecánica cuántica es "paranormal" porque los sistemas cuánticos se comportan en forma diferente a lo que "normalmente" estamos acostumbrados a observar. Sin embargo, a diferencia de los supuestos fenómenos paranormales, las predicciones asombrosas de la mecánica cuántica cuentan con una abrumadora evidencia experimental.

La teoría cuántica es asombrosa pero ha sido confirmada por experimentos de altísima precisión. Por ejemplo, el cálculo del momento magnético del electrón ha sido comprobado con una precisión tan grande como la que resultaría de medir la longitud del ecuador de la tierra con un error menor a una décima de milímetro.

La revolución cuántica

La característica esencial y revolucionaria de la mecánica cuántica es que, además del valor asociado a cada observable de la realidad, aparece indisociablemente otra cantidad que está relacionada con cierta indeterminación, o incerteza, o error, o imprecisión, o difusión, o dispersión, o variación, en el valor asignado al observable. Los múltiples nombres que hemos presentado son indicativos de la ambigüedad de interpretación que aqueja a esta cantidad. Los dos primeros, indeterminación e incerteza, son los más usuales y corresponden a dos interpretaciones opuestas que no explicaremos aquí. Cuando la indeterminación de una cantidad es grande y hacemos experimentos para observar dicha cantidad, obtendremos diferentes valores que manifiestan la incerteza en la cantidad medida. La teoría no puede predecir con exactitud el valor que mediremos y sólo nos da la probabilidad asociada a cada valor. La mecánica cuántica sugiere la existencia del indeterminismo en la realidad. Más asombroso aún, sucede que las indeterminaciones en las cantidades observables no son todas independientes sino que están relacionadas de manera inexplicable para nuestra intuición clásica. Por ejemplo, la indeterminación en la posición de un objeto puede hacerse pequeña, pero lo hará a expensas de una gran indeterminación en su velocidad. Un electrón bien localizado se comporta como una partícula, aunque con velocidad indefinida. Viceversa, si lo obtenemos con una velocidad bien definida se comportará como una onda sin ubicación precisa. Esta es la llamada dualidad onda-partícula.

Existen experimentos en que los electrones se manifiestan como ondas, similares a la luz, cuando pasan por rendijas: interfieren y difractan pero en otros experimentos, los mismos electrones impactan puntualmente como partículas. ¿Qué es entonces un electrón, una partícula o una onda? La mejor respuesta a esta difícil pregunta es: ¡ni una cosa ni la otra! La realidad del electrón es algo maravillosamente bello y sutil que no debe describirse con nuestra intuición clásica, aunque en ciertos experimentos muestre una cara similar a la de una partícula y en otros a la de una onda. Onda y partícula son dos diferentes perspectivas clásicas de una misma realidad cuántica compleja. Son dos visiones complementarias de la realidad. Niels Bohr creó el concepto de "complementariedad" para caracterizar a la posibilidad de coexistencia de propiedades opuestas, incompatibles, que son por un lado necesarias para la descripción completa del sistema físico pero por otro lado no pueden ser consideradas simultáneamente porque se excluyen.

La distorsión paranormal

La aparición de la mecánica cuántica ha tenido grandes consecuencias culturales y filosóficas por un lado, científicas y tecnológicas por el otro y, desafortunadamente, también ha sido avasallada como instrumento para engañar y estafar. Veamos brevemente estos tres aspectos. Primero, la mecánica cuántica ha introducido una nueva forma de concebir la existencia de los objetos microscópicos. Estos objetos existen pero sus propiedades difieren de las que asignamos a los objetos grandes que percibimos directamente con nuestros sentidos. Así podemos concebir que una partícula puede existir (ser) pero no tener una localización exacta (estar); que la observación de alguna característica de la realidad no implica la puesta en evidencia de una propiedad preexistente (indeterminismo); que toda descripción que hagamos del objeto con conceptos clásicos, obligatoriamente excluye otras posibles descripciones (complementariedad). La mecánica cuántica ha hecho un gran aporte al debate filosófico al demostrar que el realismo ingenuo, que propone que la realidad es tal cual como nosotros la percibimos, es falso. En el segundo aspecto, el impacto científico y tecnológico de la mecánica cuántica es gigantesco.

"La mecánica cuántica explica toda la química y gran parte de la física" dijo algún famoso. El desarrollo de nuevos materiales, toda la electrónica, la superconductividad, la energía nuclear y casi la totalidad de la tecnología moderna no hubiera logrado el nivel de desarrollo alcanzado sin la mecánica cuántica. Finalmente, es importante aclarar que los efectos asombrosos de la mecánica cuántica aparecen en sistemas físicos extremadamente pequeños, tenues y livianos, pero para sistemas físicos grandes, como los que nosotros percibimos con nuestros sentidos, estos efectos asombrosos se promedian, se cancelan, y emerge así el comportamiento "normal" que acostumbramos a percibir. La transición de lo cuántico a lo clásico, llamada "decoherencia", se presenta ya al nivel submolecular y es por lo tanto falso pensar que la mecánica cuántica pueda explicar fenómenos macroscópicos "paranormales" (en rigor, nunca observados) tales como la telekinesis, bilocalidad y otros. Tampoco brinda la mecánica cuántica algún soporte a creencias religiosas o misticismos orientales. Ying-yang, tao, holismo, terapias cuánticas, fenómenos paranormales y teletransportación, entre otros, no tienen nada que ver con la física cuántica, y los que invocan el enorme prestigio y rigor de esta teoría para aportar alguna credibilidad a esas charlatanerías están simplemente engañando; si además, como es usual, sacan de eso algún rédito económico, están estafando. 



(*) Sobre el autor


Alberto C. de la Torre es Profesor Titular del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Mar del Plata, Argentina. Es Investigador Independiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, CONICET.



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FUENTE

Alberto C. De la Torre (*) - pensar.org
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