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¿Qué es la Física Cuántica?
La mecánica cuántica es esa rama de la física que describe el comportamiento de los objetos microscópicos: moléculas, átomos o partículas.
Es la teoría fundamental de las partículas de materia que constituyen los objetos del universo y de los campos de fuerza que animan estos objetos.
Es la física aplicada a pequeña escala, la del átomo: mil millonésima parte de un metro.
Gracias a ella existen las leyes que nos permiten comprender cómo funciona un electrón, un grano de luz, una molécula, en definitiva, la materia de lo infinitamente pequeño .
Los científicos deben entonces utilizar la mecánica «cuántica» para la cual las cantidades de materia o energía intercambiadas ya no pueden tomar ningún valor, sino sólo valores discretos o «cuantos».
Además, la física clásica describe de manera diferente una partícula (átomo, partícula) y una onda (luz, electricidad) mientras que la mecánica cuántica ya no las distingue.
Para ella, un fotón, un electrón o incluso un átomo es tanto una onda como una partícula.
Por lo tanto, un objeto cuántico puede tener diferentes probabilidades de estar aquí o allí y solo se puede estar seguro de que está en un lugar solo cuando se realiza una medición.
¿EL ENIGMA? Explicación de la cuántica física
¿Para Qué se Usa la Física Cuántica?
El proceso de medición impone un estado bien definido en el corpúsculo de la onda.
Más concretamente, la mecánica cuántica es un formalismo matemático que puede ser utilizado por investigadores en nanociencias (química, óptica, electrónica, magnetismo, física de estados condensados) y por físicos de las leyes fundamentales del Universo (partículas, núcleo atómico, cosmología).
Algunos efectos son emblemáticos de la mecánica cuántica:
El efecto láser se basa en una población de átomos transportados en el mismo estado excitado y que se desenergizan juntos emitiendo esta luz intensa.
La transición de electrones de un nivel de energía a otro es un proceso cuántico.
La superconductividad hace que los electrones de la misma carga eléctrica se emparejen, mientras que dos cargas eléctricas del mismo signo deberían repelerse entre sí.
El efecto túnel permite a los electrones cruzar una «barrera» potencial que está estrictamente prohibida en la física clásica.
Spin es una propiedad cuántica sin equivalente clásico que ya se explota en las cabezas de lectura de los discos duros de las computadoras.
Los físicos buscan explotar la riqueza de los estados cuánticos y controlar su medición en la perspectiva aún distante de una computadora cuántica.
El Principio de Superposición
Cuando estudiamos el movimiento de objetos cotidianos, por ejemplo un balón de fútbol, consideramos cantidades bien definidas: su velocidad, su posición, su velocidad de rotación o su energía.
No necesariamente sabemos cómo medir estas cantidades con mucha precisión, pero sabemos que existen y que tienen valores precisos. En un momento dado, el balón de fútbol se encuentra en un estado bien definido.
Esta es la mecánica llamada «clásica», es decir, la de los objetos normales.
Pero para los objetos microscópicos, ¡todo cambia! A diferencia del balón de fútbol, una partícula microscópica puede estar en una mezcla de varios estados .
Por increíble que parezca, significa que un electrón puede, por ejemplo, tener dos velocidades al mismo tiempo o estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo.
¡O incluso más de dos lugares!
Para designar el hecho de que en la mecánica cuántica los objetos pueden estar en varios estados al mismo tiempo, hablamos del principio de superposición.
Seguramente ya ha oído hablar de esta extraña superposición a través del ejemplo del famoso gato de Schrödinger , este gato «ficticio» que está vivo y muerto. Usando esta notación entre corchetes, podríamos escribir:
| Chat> = | Muerte> + | Vivo>
Ver el Ejemplo del gato de Schrödinger
Por supuesto, el ejemplo del gato no es muy realista, porque les dije que esta situación solo puede suceder con objetos microscópicos.
¡Y afortunadamente! ¡Imagínese si el balón de fútbol pudiera estar tanto detrás como delante de la línea de gol!
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