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Un repaso a la Mecánica Cuántica para entender el Premio Nobel de Física 2012

El premio Nobel de Física 2012 se concedió la semana pasada a Serge Haroche y David J. Wineland por ”los innovadores métodos experimentales que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales“… “inventado y desarrollado de manera independiente métodos para medir y manipular partículasindividuales, preservando su naturaleza cuántica, con técnicas que antes se consideraban inalcanzables“.

Creo que el párrafo anterior debe parecer un sinsentido a una buena parte de los lectores, y es que cuando la Física Cuántica aparece, la tendencia general es a no hacer ni siquiera el intento de indagar qué hay detrás. No será una humilde entrada de blog la que solucionará este defecto, pero almenos voy a intentar poner mi grano de arena para que el lector más intrépido se acerque unos pasos al que probablemente sea el mayor logro intelectual del ser humano, la Física Cuántica, y de paso comprenda algo de este premio Nobel tan estrechamente relacionado con esta teoría, o más concretamente con la Óptica Cuántica.

Consecuencias y paradojas de la Mecánica Cuántica

Lo primero que esimportante destacar, es que los efectos de la mecánica cuántica se manifiestan solo a escalas microscópicas (aunque el mundo visible no sería ni parecido sin este comportamiento subyacente), porque la indeterminación para objetos grandes, debido a la pequeñez del valor de la constante de Planck (6.626 x 10 -34), siempre será muchísimo menor que los propios errores experimentales. Por tanto la MecánicaClásica (y la Electrodinámica) siguen siendo perfectamente válidas en el mundo macroscópico.

Una de las consecuencias de la Mecánica Cuántica se deduce del Principio de Superposición de los sistema lineales, según el cual los efectos producidos por un estímulo en un determinado punto en un instante dado, es la suma de los efectos individuales que produciría una combinación de estímulos cuyaresultante fuera el estímulo original. Dado que un sistema cuántico viene definido por una combinación lineal de soluciones de la ecuación de Schrödinger, el Principio de Superposición se aplica “de oficio”. Si medimos una determinada variable (un posible estado del sistema) se obtendrá un valor cualquiera según la distribución de probabilidad que le corresponde a ese sistema. No podemos predecircuál será ese estado, pero una vez que midamos… el estado será el medido y no otro, y si volvemos a medir acto seguido, volveremos obtener ese mismo resultado. Decimos que se ha producido el colapso de la función de onda.

Esta interpretación no es la única que escarba en la intimidad ontológica de la mecánica cuántica, pero es probablemente la mayoritaria, al menos desde el punto de vistaacadémico, y la que se acomoda mejor en las diversas interpretaciones que hoy se manejan (y sus variantes).

Entre todas estas visiones, por su relación con el premio Nobel 2012, vamos a recordar la Interpretación de Copenhage. Esta lectura de la cuántica fue propuesta por Niels Bohr y Werner Heisenberg (y Born, Dirac y otros) fruto de su colaboración en el Niels Bohr Institute a finales de los añosveinte del pasado siglo. Centra el foco en el momento de la medida, y considera sin sentido sacar conclusiones sobre el estado del sistema antes de él. Además considera la función de onda una entidad matemática cuyo único propósito es el cálculo de las probabilidades en un determinado experimento. En general considera que el proceso de un experimento tiene tres fases (Physics and Philosophy, TheRevolution in Modern Science. Werner Heisenberg):

La transcripción de las condiciones de un experimento en una distribución de probabilidad. Sujeto al Principio de Incertidumbre.
La evolución temporal de esta función. No puede ser descrita en términos clásicos, no hay descripción posible entre las condiciones iniciales y la toma de la primera medida.
El establecimiento de una media por el...