Doctor en Ciencias con especialidad en Física de Altas Energías. Ha formado parte del Instituto de Física de la Universidad de Guanajuato y ha sido miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Ha realizado estancias de investigación en Italia, EUA, Brasil, Cuba, Canadá, España, Inglaterra, Portugal, México, Guatemala, Puerto Rico, Japón, Perú. Recibió el Premio nacional de Física en 1980. La mecánica cuántica, formulada en 1926, es una de las teorías acerca del comportamiento de la naturaleza. En esta charla se exponen los fundamentos de la mecánica cuántica y se compara su interpretación con la de la mecánica clásica, y la revolución que ambas han generado en el entendimiento del mundo externo. Aunado a explicar las relaciones de la mecánica cuántica con otras ciencias.
Doctor en Ciencias con especialidad en Física de Altas Energías. Ha formado parte del Instituto de Física de la Universidad de Guanajuato y ha sido miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Ha realizado estancias de investigación en Italia, EUA, Brasil, Cuba, Canadá, España, Inglaterra, Portugal, México, Guatemala, Puerto Rico, Japón, Perú. Recibió el Premio nacional de Física en 1980. La mecánica cuántica, formulada en 1926, es una de las teorías acerca del comportamiento de la naturaleza. En esta charla se exponen los fundamentos de la mecánica cuántica y se compara su interpretación con la de la mecánica clásica, y la revolución que ambas han generado en el entendimiento del mundo externo. Aunado a explicar las relaciones de la mecánica cuántica con otras ciencias.
La mecanica cuantica es, sin lugar a dudas, la principal teoria fisica del siglo XX. Un buen numero de campos de la fisica moderna, tales como la fisica atomica y molecular, el estado solido y la “ciencia de materiales”, la fisica nuclear, la fisica de particulas, o la fisica del laser, son, en definitiva, aplicaciones de la mecanica cuantica. La teoria cuantica subyace, ademas, en la explicacion microscopica de todos los fenomenos quimicos y biologicos, y es la base de gran parte de la tecnologia mas avanzada. Desde el punto de vista matematico sus aspectos formales han sido siempre de gran interes. El papel que han desempenado las matematicas en su proceso de aparicion y posterior desarrollo ha sido crucial. Presentamos aqui un breve resumen de las herramientas matematicas basicas usadas en la mecanica cuantica. No se hara hincapie tanto en sus aspectos mas formales, sino en su relacion con la fisica del mundo que trata de explicar.
La mecanica cuantica ha entrado de lleno en la cultura popular. Con gran frecuencia, sin embargo, lo ha hecho acompanada de mensajes poco claros e incluso fuertes distorsiones. El fenomeno puede relacionarse con la dificultad para interpretar la teoria; es decir, para reconciliar su formalismo con nuestras intuiciones naturales acerca del mundo fisico. ?Se debe la mala comunicacion de la mecanica cuantica a la falta de una interpretacion clara? ?U obedece mas bien a la insistencia que muchos ponen en buscar una interpretacion que, en el fondo, resulta innecesaria? Dicho debate guarda una estrecha conexion con dos posturas filosoficas: el realismo y el instrumentalismo. Una mirada atenta a la historia de la ciencia y al cambio que supuso la llegada de la mecanica cuantica revela por que resulta tan dificil renunciar por completo a cualquiera de ellas.
La mecanica cuantica choca con algunas de nuestras intuiciones mas arraigadas acerca del mundo fisico. A lo largo de la historia, esa situacion ha generado un continuo debate acerca de su significado.
Un enfoque tradicional se ha basado en cuestionar el caracter intrinsecamente probabilistico de la teoria. Otros han defendido la necesidad de corregir sus ecuaciones fundamentales para incorporar el proceso de medicion.
Una tercera opcion consiste en aceptar la teoria cuantica tal y como es y preguntarse sobre su origen: ?como deberia ser un universo para que la teoria cuantica constituya la herramienta predictiva mas eficaz?
La respuesta podria apuntar a un aspecto clave de la realidad fisica: el universo tal vez carezca de leyes que determinen las probabilidades de obtener un resultado u otro en un experimento.
Desde hace mas de tres cuartos de siglo, sabemos que la naturaleza esta regida por las leyes que determina una teoria fisica en muchos aspectos paradojica y contraintuitiva: la fisica cuantica. Sin apenas matematicas, situando aquello que se trata en un contexto historico, y utilizando unas atractivas ilustraciones que destacan las principales ideas que aparecen en el, este libro, La realidad cuantica, presenta los fundamentos de la mecanica cuantica. Su objetivo primero es explicar los desconcertantes conceptos de superposicion, colapso y entrelazamiento, que sostienen el edificio cuantico. Recurriendo a experimentos, los autores, dos destacados investigadores en esa rama de la fisica, van desvelando, de un modo intuitivo, esos conceptos, explicando, asimismo, resultados fundamentales como los producidos por John Bell, que precipitaron la caida del mundo determinista defendido por Einstein. Una vez establecida esa base teorico-experimental, y siguiendo el mismo procedimiento intuitivo, los autores presentan las modernas aplicaciones de esos conceptos cuantico: teleportacion, criptografia y ordenadores cuanticos. Todas ellas se enmarcan en la Teoria de la Informacion Cuantica, una disciplina tras la que se esconden importantes interrogantes que tambien se tratan aqui, tales como si la informacion es suficiente para interpretar correctamente la mecanica cuantica, o si el mundo se explicaria, en ultimo termino, como informacion.
Mi trabajo de tesis con el título de “Nueva Didáctica de la Mecánica Cuántica”, nace de la idea de desarrollar un nuevo acercamiento didáctico para introducir algunos conceptos fundamentales de la mecánica cuántica en manera simple y convincente. Este acercamiento se inspira en recientes tentativas de volver a formular esta teoría según los principios físicos elementales. Esto tiene la ventaja de no utilizar el formalismo matemático de los espacios de Hibert y de los operadores Hermitianos y de sacar en manera intuitiva y razonable los conceptos fundamentales de indeterminación y “entanglement”. No se trata de simple divulgación, sino de una introducción que permite, a través de un aparato matemático sencillo y con conceptos físicos elementales , presentar los conceptos de medida y de probabilidad y de formular, además, predicciones cuantitativas sobre los sistemas cuánticos más elementales: los sistemas a dos estados entre los que podemos poner el “spin”. Por este nuevo acercamiento me he inspirado a los trabajos de Lucien Hardy, que demostró como el formalismo de la Mecánica Cuántica se pueda también deducir sin partir de axiomas abstractos, sino basándose sobre postulados razonables y con un significado claro. En particular se han sacado algunos conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica, basándose en los conceptos elementales de “bit” (a unidad de información) y de vector. Este estudio se ha desarrollado también con el objetivo de valorar la eficacia de las nuevas fórmulas introducidas en relación a las competencias de base de los estudiantes a los que se ha presentado. El grupo seleccionado para mi investigación está constituido de 125 estudiantes entre 17 y 23 años de edad, de ambos sexos, del quinto año de dos Institutos de bachillerato con especialidad en ciencias de dos ciudades de Sicilia, Messina y Caltanissetta. La investigación se ha efectuado en el laboratorio de informática del Instituto “Seguenza” (Sicilia-Italia) y en el aula Magna del Instituto “Mottura” (Sicilia-Italia) durante las clases de enseñanza curricular. Las fases de la investigación fueron tres: fase “pre test”, fase de “training” y fase “post test”. En la fase “pre test” se ha suministrado el cuestionario sobre el conocimiento primario del asunto, para comprobar el nivel de partida de todos los estudiantes. En la segunda fase, fase de “training”, por lo que se refiere al Instituto “Seguenza” de Messina, cada clase se ha tratado individualmente. Para cada clase se han presentado unas “slides” que contenían el texto y las imágenes, coadyuvadas por mi explicación. La explicación del asunto de la tesis ha durado una hora, incluso las respuestas a las preguntas obtenidas de la observación de las “slides”. Después de la fase de aprendizaje, a los participantes de la investigación se ha administrado un “retest” que sirvió a comprobar la eficacia de la nueva didáctica introducida. Los resultados se han analizado con el programa SPSS, construyendo las tablas de frecuencias y los gráficos, con el objeto de describir, por sexo y por escuela, los resultados de cada pregunta de los cuestionarios. Luego, con las tablas de contingencia sobresalieron algunas correlaciones significativas entre las respuestas de los estudiantes de las dos escuelas. Este estudio ha demostrado que examinando la comparación “pre test” / “re test” con el test de Wilcoxon (dado que las variables pretest y retest son numéricas), se consigue una relación altamente significativa por el Instituto de Messina. O sea, no obstante las evaluaciones en matemáticas y física no fuesen altas y el resultado del pretest insuficiente, los estudiantes han desarrollado bien el retest, demostrando la facilidad y validez del nuevo acercamiento didáctico. Para los estudiantes de Caltanissetta, donde la muestra considerada era inferior, los estudiantes habían sacado notas más altas en matemáticas y física y los resultados del pretest han resultado mejores. El resultado de godas formas muy positivo del retest parece menos que significativo.
Para poder aclarar cómo ha afectado la mecánica cuántica a los conceptos de causalidad y azar, hay que tener en cuenta que esta teoría no surgió como consecuencia de una maduración conceptual de la propia física o de los que la cultivaban. Todo lo contrario: nació y creció a contrapelo de la mentalidad dominante, y en cierto modo sigue teniendo en contra las preferencias personales de la mayoría de los que bregan con ella. Sus creadores cuestionaron y redefinieron las principales categorías de determinación, pero no por gusto, sino por necesidad. Casi todos hubieran deseado otra cosa muy diferente. Es una teoría que sólo ha contado de un modo parcial y provisional con las simpatías de sus gestores y destinatarios. Sería más exacto decir que han aprendido a resignarse a ella. Su fuerza ha residido desde el principio y hasta el presente en los hechos. El mundo es como es, no como les gustaría que fuese a los que se encargan de estudiarlo. Y hay muchos a los que no gusta la imagen resultante. A pesar de que la llamemos ciencia empírica, los que la crean casi siempre han pospuesto la experiencia a consideraciones lógicas, ontológicas e incluso estéticas. En este banquete los hechos han figurado siempre como parientes pobres, cuya presencia no se puede obviar, pero de los que se espera una presencia complaciente y discreta. Sin embargo, a veces la prima del pueblo rompe el protocolo y hace que salgan a la luz algunos conflictos soterrados. Algo parecido ocurrió en esta ocasión: la naturaleza dijo «¡No!» a la camisa de fuerza que pretendía imponérsele. Y lo hizo como ella sabe, produciendo resultados inesperados en los experimentos y suscitando fenómenos refractarios a las rutinas teóricas autorizadas. Hubo que buscar alternativas, empezando por las más aceptables y terminando por las menos gratas. La discontinuidad cuántica pertenecía a esta última clase.