La mecánica cuántica es una de las áreas más complejas de la física moderna, surgida a partir de debates entre científicos como Albert Einstein, Erwin Schrödinger y Niels Bohr. Su desarrollo implicó cuestionar las ideas clásicas de Isaac Newton, quien sostenía que la luz estaba formada solo por partículas. Con nuevos experimentos, se demostró que la luz presenta una dualidad, comportándose como onda y partícula según la observación, lo que marcó un cambio revolucionario en la física. Aunque muchos consideran la mecánica cuántica como un campo teórico, fenómenos como la dualidad onda-partícula han permitido el desarrollo de tecnologías como el láser, demostrando que incluso las teorías más complejas de la física pueden tener un impacto positivo y directo en el ser humano.
La mecánica cuántica es una de las áreas más complejas de la física moderna, surgida a partir de debates entre científicos como Albert Einstein, Erwin Schrödinger y Niels Bohr. Su desarrollo implicó cuestionar las ideas clásicas de Isaac Newton, quien sostenía que la luz estaba formada solo por partículas. Con nuevos experimentos, se demostró que la luz presenta una dualidad, comportándose como onda y partícula según la observación, lo que marcó un cambio revolucionario en la física. Aunque muchos consideran la mecánica cuántica como un campo teórico, fenómenos como la dualidad onda-partícula han permitido el desarrollo de tecnologías como el láser, demostrando que incluso las teorías más complejas de la física pueden tener un impacto positivo y directo en el ser humano.
RESUMEN: Un número considerable de investigaciones (Ostermann, 2000; Gil y Solbes,1986; Fischler y Lichtfeldt, 1992; Arons,1990), señalan serios problemas en la enseñanza de la física moderna. Estos autores resaltan que en la enseñanza de la física se desconoce el carácter no lineal del desarrollo científico y, en consecuencia, no se tienen en cuenta las dificultades que tal linealidad genera en la comprensión de las dinámicas científicas y, desde luego, en la postulación del conocimiento mismo. Esta situación pareciera inducir a que tampoco se reflexione acerca de las profundas diferencias conceptuales existentes entre la física clásica y la física moderna. En el caso particular de la dualidad onda-partícula, en algunos textos universitarios (Serway, 2005; Reese, 2002; Resnik, 2005), se observa un privilegio de la perspectiva clásica y ondulatoria de la luz, cuando se intentan resolver las situaciones físicas que involucran este fenómeno, perspectiva que resulta insuficiente para comprender problemas actuales y que son propios de la Física. Se plantea entonces que a estas maneras de significar y de enseñar estos conceptos, subyace un modo particular de asumir la Ciencia y la enseñanza, y en tal sentido, se adelanta un análisis histórico y epistemológico de la perspectiva Louis De Broglie, por considerar que su particular manera de abordar y formalizar el fenómeno de la luz en su obra titulada: Recherches sur la théorie des quanta (1924), permite, no solo explicitar maneras de hacer ciencia sino que, además, puede ser de vital importancia para resignificar la dualidad onda – partícula y justificar el planteamiento de una visión simultanea de las propiedades ondulatorias y corpusculares de la luz. En este sentido, se estima que esto posibilite un abordaje integral del fenómeno de la luz mediante la dualidad onda – partícula, concepto que constituye un punto de inflexión entre la teoría cuántica y la teoría clásica. Al respecto, conviene resaltar que Louis De Broglie (1924) el que considera, por primera vez, la posibilidad de establecer las propiedades ondulatorias del electrón, que hasta ese entonces era considerado totalmente como una partícula. Finalmente, se plantean unas implicaciones didácticas que surgen como producto del análisis de la perspectiva Louis De Broglie (1924) y de los datos obtenidos con la aplicación de algunos instrumentos a cuatro casos de la Universidad de Antioquia.
En este breve escrito se hace algunos comentarios sobre la física cuántica con el objetivo de hacer un acercamiento al lector a este nuevo paradigma y de motivar una reflexión en esta línea.La física cuántica es la ciencia más desarrollada y mejor fundamentada hasta el momento junto con la teoría de la relatividad de Einstein. Toda la tecnología actual es una consecuencia directa de la física cuántica, es decir sin física cuántica no hubiese sido posible la construcción de un láser, computador (internet), celulares, microondas, transbordadores espaciales, etc. El impacto de la tecnología en el hombre moderno es abrumador, el acceso a la información, la creación de internet y las consecuencias sobre las estructuras políticas, educativas y económicas es impresionante.Entonces la importancia de la física cuántica está más que justificada, además la cosmología relativista, la teoría cuántica de campos, la astrofísica, las teorías del big bang sobre el origen del universo, agujeros negros, materia oscura, teoría de supercuerdas, supermembranas, la física nuclear, universos paralelos, la física atómica, etc se enmarcan dentro de la física moderna, que consta de la física cuántica y la teoría de la relatividad general.La física cuántica nos proporciona mucha tecnología pero este no es su único aspecto de gran relevancia, hay otro aspecto y muy importante, es la forma de pensar que introduce. El pensamiento cuántico introduce una forma de pensar radicalmente distinta a lo que antes el ser humano creía saber sobre la naturaleza del universo y de si mismo. Las ideas cuánticas son complejas precisamente por ese aspecto de tener que reestructurar la mente en todos sus esquemas conceptuales
En el año en que se conmemoran los cien años de la mecánica cuántica, este artículo vuelve a analizar una pregunta antigua y, en apariencia, sencilla: ¿qué es la luz en sentido físico? Para intentar resolverla, se hace un recorrido histórico que va desde la teoría corpuscular de Newton y la descripción ondulatoria de Huygens, pasando por los experimentos de interferencia de doble rendija de Young, hasta la teoría de Maxwell que establece la luz como una onda electromagnética. Se muestra cómo esa respuesta, que parecía bien explicada hacia finales del siglo XIX, resultó insuficiente cuando a comienzos del siglo XX aparecieron resultados experimentales imposibles de explicar usando la física clásica. Con nuevos resultados experimentales, se muestra cómo la cuantización propuesta por Planck resuelve el problema de la radiación de cuerpo negro y cómo Einstein, al explicar el efecto fotoeléctrico, obliga a introducir la idea los de cuantos de luz: los fotones. Posteriormente, se discute cómo la teoría y los experimentos contemporáneos consolidan la dualidad onda–partícula, incluso si se consideran fotones individuales, usando divisores de haz e interferómetros que revelan interferencia a nivel de un solo cuanto. Finalmente, se ofrece una visión general de desarrollos actuales que conectan los fundamentos de la mecánica cuántica, con el entrelazamiento, la no-localidad y las pruebas tipo Bell. Se hace énfasis en comprender, por qué los fotones siguen siendo centrales tanto para preguntas conceptuales aún abiertas como para tecnologías cuánticas emergentes, en particular la comunicación y la computación cuántica.
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.
Esta charla va dirigida a oyentes muchos de los cuales no han estudiado Mecanica Cuantica. Tratare pues de ser lo mas economico posible en el uso de formulas, siguiendo la opinion de S. Hawking de que en un trabajo dirigido al publico no especializado cada formula reduce la audiencia a la mitad. Sin embargo va a ser una charla enfocada desde la fisica, en base a los experimentos e interpretaciones actuales, y no en el analisis historico de las formulaciones originales, o en discusiones filosoficas que todavia persisten. Albert Einstein contribuyo esencialmente al nacimiento de la Mecanica Cuantica. Al analizar el efecto fotoelectrico en 1905 fue el primero en proponer la discretizacion de la radiacion electromagnetica en cuantos de luz (fotones) como un autentico fenomeno fisico. Planck habia utilizado en 1900 una discretizacion analoga como un acto de desesperacion, para reproducir teoricamente el comportamiento observado de la radiacion del cuerpo negro, pero sin atreverse a proponerlo como algo mas que un metodo de calculo. Aunque al principio la explicacion de Einstein tropezo con fuertes reticencias, acabo siendo la contribucion concreta que se cita en la concesion de su Premio Nobel de Fisica en 1921. El analisis de Einstein del efecto fotoelectrico no es objeto de controversia hoy: los lectores interesados pueden encontrarlo discutido en los libros de Fisica Cuantica [1]. En la recomendacion para su ingreso en la Academia Prusiana de Ciencias, los firmantes, que incluian a Planck, decian: “... there is hardly one among the great problems, in which modern physics is so rich, to which Einstein has not made an important contribution. That he may have missed the target in his speculations, as, for example, in his hypothesis of light quanta (photons), cannot really be held too much against him, for it is not possible to introduce fundamentally new ideas, even in the most exact sciences, without occasionally taking a risk.”. En cambio, en la concesion del premio Nobel se dice “... for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the fotoelectric effect.” Estas dos citas estan recogidas en [1].
Se demuestra que los experimentos llamados de difracción pueden ser explicados sin hacer referencia a ninguna onda. Se propone que dichas ondas son un puro artefacto matemático sin realidad física. Si se aceptan a las propensidades como realidad física y la transmisión entre éstas, el concepto de ondas puede ser abandonado así como la dualidad y la complementaridad, eliminando así aspectos controversiales de la interpretación de la mecánica cuántica. Se esboza una formulación de la teoría basada en la preparación del sistema según las propensidades y la transmisión entre éstas.