domingo, 24 de febrero de 2013

Mecánica Cuántica para dummies

Nuestro mundo se puede dividir en tres niveles: Microscópico, Mesoscópico y Macroscópico. En cada nivel, percibimos la materia de manera diferente.

En el nivel macroscópico es donde están las estrellas y los planetas.

El nivel mesoscópico es donde vivimos, en el que se desenvuelve nuestra vida normal.

Y finalmente tenemos el nivel microscópico, ese en el que están los átomos y las partículas elementales.

Niveles y sus leyes

¿Qué leyes de la física gobiernan el nivel macroscópico? La respuesta es la Relatividad General, la teoría descubierta por Albert Einstein. La Relatividad General dice que el espacio NO es plano.



¿Qué quiere decir el espacio es NO es plano? Imagina que dibujas una línea recta en un mapamundi, desde Nueva York a Shanghai. Ahora imagina como sería la línea recta, si la hubieras dibujado sobre la Tierra. Ya no sería una línea recta, sino una curva que atravesaría la media esfera que conecta las dos ciudades. Ves que el espacio no es plano en absoluto.

Pues esto mismo ocurre en el espacio exterior entre una estrella y otra.


¿Qué leyes de la física gobiernan el nivel mesoscópico? Son las tres leyes de la mecánica que enunció Newton y que resultan intuitivamente coherentes. Ejm.: La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza que se le aplica. F = ma

Para explicar el nivel microscópico, tenemos que recurrir a la mecánica cuántica.


Imagina una moneda sobre la mesa, sólo podría haber dos posibilidades para permanecer apoyada, cara o cruz.

Pero echamos a girar esta misma moneda ¿cómo describirías su posición? La mejor respuesta es que la moneda está un 50% cara y 50% cruz.

La mecánica cuántica nos dice que esto es precisamente lo que sucede a nivel microscópico. No hay un 100% de certeza en lo que respecta al estado de un átomo. Sólo se puede determinar las probbabilidades de un estado concreto, y las de que pudiera dejar de estar de esa misma manera.

Un objeto mesoscópico, como por ejemplo un coche, sólo puede tener un valor de energía en cada instante. Si un automóvil de 1000 kg se desplaza a 5 metros por segundo, la energía cinética es (1/2) veces 1000kg veces (5 metros por segundo) al cuadrado.

Pero un objeto microscópico puede tener más de un valor de la energía para cada instante.

Es posible que un átomo tenga al mismo tiempo 1 caloría, 5 calorías o 10 calorías como valor de energía. Tan sólo se necesita encontrar la probabilidad del momento en que el átomo esté en cada valor de energía.

Imagina que un niño camina de casa a la escuela ¿Por cuántos caminos va? Ten en cuenta que pregunto cuántos caminos está transitando de manera efectiva, no cuántos puede tomar.

Por supuesto, la respuesta es UNO. Podría tomar un atajo, podría ir directo por el más corto, o quizá podría elegir ir haciendo zig-zag para divertirse al caminar. La cuestión es que, una vez que ha tomado una decisión, el niño está yendo a la escuela por un único camino.

Bueno, pues esto no sucede así con las partículas a nivel atómico. Estas van por varios caminos cuando se mueven de un punto a otro punto. Cuando las observas, parecen estar en un punto, pero esto es sólo para para ti en ese preciso instante. Cuando no lo observas, el átomo aparece por todas partes de nuevo, en un sinfín de posibilidades.

¿Raro? No, sencillamente es mecánica cuántica.

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