El villano cuántico

Hoy les voy a hablar de un tema muy muy interesante. Se trata de un concepto cuántico que me he inventado. “El villano cuántico” Y de mi humilde visión de la Interpretación de Copenhague.

Pónganse cómodos que además es todo conceptual. No habrá ecuaciones ni nada. Todo el mundo va a entender esto.

¿Qué quiere decir la frase que coloqué en la primera imagen? Esa frase, a mi entender, explica una buena porción de la complejidad de la cuántica. Seguro que alguna vez leyó que es imposible medir con exactitud una magnitud cuántica, por ejemplo, la posición y velocidad.

Vamos a centrarnos en la posición de una partícula. Para observar una partícula debemos arrojarle luz y el problema es que la luz y la partícula tienen “tamaños semejantes”, es como si un ciego lanza pelotas de baloncesto a personas para escuchar los impactos y saber que están ahí. Puede funcionar pero las personas huirán asustadas. Cualquier intento de saber donde están hará que sus velocidades se disparen.

Llegamos a la conclusión de que nuestro instrumento de medición altera la velocidad de la partícula cuando queremos conocer su posición, pero, ¿y si lográramos fabricar un instrumento infinitamente solidario con el estado de la partícula de manera que no modifiquemos nada de ella?, ¿podriamos conocer su posición y velocidad con suma certidumbre? La respuesta querido amigo es que NO.

El Principio de Indeterminación de Heisenberg es intrínseco en las partículas independiente de nuestros instrumentos. Lo que ocurre es que la Naturaleza es muy pícara y cualquier intento de medirla con absoluta precisión nos arroja un resultado en el que parece ser que el instrumento es el que estropea todo. Es como si le echara la culpa al instrumento. A este hecho lo he llamado el Villano Cuántico.

He revisado un buen puñado de experimentos tanto físicos como mentales propuestos por Einstein durante las discusiones se Solvay y uno tras otro arrojan lo mismo: la Naturaleza se quiere lavar las manos y echar la culpa a nuestra mediocridad como observadores. Pero no amiguita, sabemos que eres tú, no nosotros.

Durante los congresos Solvay y su posterior Interpretación de Copenhague, Einstein proponía un experimento en el que aseguraba que se podría medir con precisión algo . Salía vencedor como el torero sale por la puerta grande. Al día siguiente Bohr venía con su refutación: el experimento no sería infinitamente preciso. Pero lo interesante es lo que les cuento. En cada refutación quedaba al descubierto que era el propio instrumento el que no llegaba a la precisión absoluta y por lo tanto el resultado sería igual de inexacto. En física clásica podemos dar una medida sin necesidad de especificar qué tipo de aparato de medición hemos utilizado. Puedo decir lo que peso y a nadie le importará qué tipo de báscula he utilizado. ¡No importa!

En cuántica las cosas no funcionan así. El instrumento de medición forma parte inexcluíble del experimento de la misma manera que lo es la propia partícula o partículas a analizar.

He hecho una pequeña enumeración de Villanos Cuánticos por si a alguien le interesa:

-Microscopio de Heisenberg El fotón y la lente parecen arruinar la posición del electrón, pero en realidad es la relación Δx·Δp. Villano: fotón y lente Realidad: Principio de incertidumbre

-Doble rendija con detectores El detector “destruye” la interferencia, pero lo que actúa es la complementariedad onda/partícula. Villano: detector Realidad: dualidad

-Caja de fotones de Einstein El reloj y el muelle parecen ser los culpables, pero la naturaleza hace cumplir ΔE·Δt. Villano: reloj y muelle Realidad: Principio de incertidumbre.

-Dispersión de Compton El fotón de rayos X parece desviar al electrón, pero es la incertidumbre entre posición y momento. Villano: fotón Realidad: Principio de incertidumbre

-Osciladores nanomecánicos El láser parece introducir ruido, pero lo que vemos es el backaction cuántico. Villano: láser Realidad: backaction

-Stern–Gerlach El campo magnético parece “desordenar” el espín, cuando en realidad la medición en un eje destruye la información en los demás. Villano: magnetismo Realidad: Incertidumbre

-Cavidades ópticas El fotón de prueba parece molestar al átomo, pero en verdad es la indeterminación entre energía y campo. Villano: fotón Realidad: Incertidumbre

Siempre parece que el villano es el instrumento… pero el verdadero responsable es la estructura cuántica de la realidad. Y tiene toda la lógica. Nuestros instrumentos de medición para sistemas cuánticos también son cuánticos. Lo que hace que las indeterminaciomes e imprecisiones de nuestros sistemas se presenten en nuestros instrumentos como un reflejo de lo que estamos midiendo.

Así que en realidad la imprecisión de los estados cuánticos la podemos conocer a través de la imprecisión de nuestros instrumentos también cuánticos, nuestros Villanos instrumentales.

¿Te gusta este nuevo concepto? Déjame tu comentario si la respuesta es sí. Si la respuesta es no… Pues también. Y si estás indeciso quizá no sea culpa tuya y la Naturaleza te esté utilizando como eso, como un Villano.