Superposición cuántica: El Gato de Schrödinger

Superposición cuántica: En la física cuántica, una partícula no tiene un estado definido hasta que es medida. En lugar de estar en un único lugar o estado, puede estar en una superposición de múltiples estados al mismo tiempo. Es decir, antes de ser medida, la partícula puede estar, por ejemplo, en dos lugares simultáneamente o tener dos valores de energía diferentes. Solo cuando se mide, la partícula "elige" uno de esos estados posibles.

El electrón es una partícula física. Un fotón es un cuanto de energía, que también se le puede considerar una partícula

El experimento del gato de Schrödinger es un experimento mental propuesto por el físico Erwin Schrödinger en 1935 para intentar mostrarnos lo extraño que puede ser el mundo cuántico. La idea es mostrar cómo las leyes de la física cuántica no parecen coincidir con la lógica del mundo cotidiano.

El Gato de Schrödinger: La versión original
Schrödinger propone imaginar un gato dentro de una caja cerrada, donde hay un dispositivo que puede liberar veneno. El dispositivo está conectado a un átomo que tiene una probabilidad del 50% de desintegrarse en una hora. Si el átomo se desintegra, el veneno se libera y el gato muere. Si no se desintegra, el gato sigue vivo.

La física cuántica es tan contraintuitiva... que desafía mis esfuerzos por comprenderla.

Según la mecánica cuántica, antes de abrir la caja y observar el estado del gato, el átomo está en una superposición de estados: tanto desintegrado como no desintegrado. Esto implica que, hasta que abramos la caja y observemos, el gato está en una superposición de "vivo y muerto" al mismo tiempo. Solo al observarlo se "decide" su estado: o está vivo, o está muerto, pero no ambas cosas.

Quizás tenga sentido, mientras un ser muere... a la misma vez sigue teniendo vida ¿Me entienden? Supongo que habrá un punto en el que a simple vista no podamos saber si el gato vive o muere, habrá que medir su estado, observando atentamente, ahí entonces la superposición de estados, se mide: El gato está vivo o muerto, ya no existe al mismo tiempo, ya que se ha medido. ¿Lo habré entendido o solo estoy diciendo un manojo de bobadas? 

El sobre sorpresa: Ejemplo cotidiano.

Imagina que participas en un concurso donde te entregan un sobre cerrado que contiene dinero, pero no sabes cuánto hay dentro: puede ser $10 o $100.

En términos de la mecánica cuántica, antes de que abras el sobre, el dinero dentro está en una superposición de dos cantidades: es como si al mismo tiempo hubiera $10 y $100 en el sobre. Solo cuando lo abres, la cantidad se "decide", y descubres si tienes $10 o $100.

Nunca había pensado en que dos energías podían existir al mismo tiempo, algo que probablemente solo pueda explicar la física cuántica. Quizás dicho experimento cambie la percepción de ciertas cosas de mi alrededor, siempre es un placer leer e investigar sobre asuntos de interés. En mi caso sobre física cuántica.

Teoría de Planck

 No estoy muy segura de cuando empezó a interesarme la física, pero tengo un par de teorías. La primera es que salí con un chico —vamos a llamarle Max— que estudió física y ahora está haciendo un máster en Astrofísica en Francia. Recuerdo una noche en la que fuimos a la playa y las estrellas se veían increíblemente bien. Max empezó a decir datos muy aleatorios sobre física y astrofísica, y dichos datos llamaron mucho mi atención... y comencé a querer saciar mi curiosidad sobre física. 

Por otro lado, sin darme cuenta, relacionaba la física cuántica con la Teoría de Planck. ¿Cómo llegué a esa conexión? Pues gracias a una película, "Avengers Endgame", en la que mencionan esa teoría. (Sé que no me he explicado muy bien..., de alguna manera sabía que la Teoría de Planck formaba parte de la física cuántica) Aunque solo vi la película por entretenimiento, de alguna manera se convirtió en un "efecto mariposa", donde a día de hoy quiero saber y conocer sobre el mundo tan maravilloso e interesante que es la física.

"La física cuántica es la que gobierna el comportamiento de las partículas subatómicas, aquellas tan pequeñas que no son perceptibles para nuestros ojos y, su estudio, a menudo sumerge a los científicos en investigaciones donde las leyes habituales no existen"

La mecánica cuántica es un subconjunto específico de la física cuántica que se centra en el estudio del comportamiento de las partículas a nivel atómico y subatómico.

Esta entrada tiene el propósito de iniciar mi viaje hacia un mundo nuevo, la física cuántica, donde comenzaré por lo único que "conozco" de ella: La Teoría de Planck.

La Física Cuántica la podremos definir como: Una rama de la física que estudia los fenómenos y comportamientos de la materia y la energía a escalas extremadamente pequeñas, como las de átomos y partículas subatómicas.

La Teoría de Planck

La Teoría de Planck es una de las bases fundamentales de la física cuántica y fue propuesta por el físico alemán Max Planck en 1900. Esta teoría marcó el principio de la mecánica cuántica al introducir la idea de que la energía no se emite de manera continua (como sugería la física clásica) sino en paquetes discretos llamados cuantos.

¿Cuantos? 

En física cuántica, un cuanto se refiere a la cantidad más pequeña de algo (de luz, energía u otra propiedad) que puede existir o cambiar en un sistema físico. Es como si la naturaleza no permitiera que ciertas cosas cambien de forma continua, sino que solo pueden hacerlo en "saltos" pequeños y específicos, llamados "cuantos".

Por ejemplo: 

Imagina que la energía es como una escalera. No puedes pararte en cualquier lugar de la escalera, solo en los peldaños. Cada peldaño representa un cuanto de energía. No puedes estar "entre" peldaños, solo puedes saltar de uno al otro.

Imagina una escalera donde los peldaños representan los niveles de energía que un sistema puede tener. 

En física cuántica, estos niveles de energía no son continuos, es decir, no puedes tener cualquier cantidad de energía entre dos niveles, solo puedes tener ciertos valores específicos (representados por los peldaños). 

Esto es diferente de cómo entendemos la energía en la vida cotidiana, donde pensamos que puede cambiar de manera suave y continua.

A finales el Siglo XX, la física parecía hacerse detenido, un estancamiento en toda regla, eso significa que había preguntas sin respuestas claras. Una de esas preguntas ¿Un objeto que absorbe toda la radiación que incide sobre él, pero irradia una cantidad de energía característica de él?, es decir, la incógnita a resolver se trataba de la Radiación del cuerpo negro.

Una incógnita, una solución. Planck, hombre que supo dar solución al fenómeno de la Radiación del cuerpo negro, propuso que la energía se emitía en pequeños intervalos o bolsas, a los que llamó “cuantos”.

Max Planck, ganador del Nobel de Física en 1918.

Siendo realistas, si uno no sabe sobre física cuántica (como yo) todo esto le puede sonar a chino... pero por supuesto como en muchos o la mayoría de casos de la física, La Teoría de Planck ha impactado profundamente en nuestras vidas cotidianas.

Teoría de Planck aplicada a la vida cotidiana

• Luz y radiación térmica (hornos microondas y cámaras infrarrojas):

La ley de radiación de Planck explica cómo los objetos emiten radiación en función de su temperatura. Esta idea tiene aplicaciones en dispositivos que miden radiación térmica, como las cámaras infrarrojas y los sensores térmicos que detectan el calor.

También es importante en el diseño de dispositivos como los hornos microondas, donde se aprovecha la energía radiada para calentar alimentos.

• Relojes atómicos y GPS:

Los relojes atómicos, que son los más precisos del mundo, están basados en principios de cuantización de energía derivados de la teoría de Planck. Estos relojes se usan para sincronizar satélites en el sistema de GPS (navegación global por satélite).
Gracias a esto, podemos tener una navegación precisa en nuestros teléfonos, automóviles, y otros sistemas de ubicación.

"Si alguien no queda confundido con la física cuántica es que no la ha entendido bien" 

- Niels Bohr

PD: Todos los días se aprende algo nuevo, y yo aprendí algo que cambió mi forma de ver los microondas y los GPS..... heheheheh. Por otra parte, me encantaría tirarme de lleno en la piscina de la física pero he de comentar que ahora que he empezado el curso,... sería más indicado investigar, aprender o como lo quieran llamar sobre salud... quiero y debo enfocarme en ello...