¿Física qué…?…Cuántica (página 2)

¿Cómo se me ocurrió esta
idea de escribir un "paper" o escrito acerca de este tema?
¿Cuál es la razón por la que lo hago?
¿Para quién lo hago? ¿Qué provecho,
si es que alguno, obtendrán los lectores?

Desde hace aproximadamente algo mas de un
año, en uno de mis viajes a
Uruguay donde
paso bastante tiempo solo,
me tope con un libro de
Isaac Asimov
llamado El Universo; sin
ninguna razón aparente o al menos que yo sea consciente me
detuve a hojearlo y lo compré. Tal vez la razón
deba buscarla en que siempre tuve una particular
inclinación hacia los temas científicos, y
según mi opinión, contrabalanceada por la
no-inclinación hacia los temas artísticos como la
poesía
o la literatura; un
cierto desequilibrio. Sea por la razón que fuere,
compré el libro como muchas veces hago con otros libros y como
creo que muchas personas compran cosas: impulsivamente. A partir
de allí, me vi absorbido por la lectura del
mismo, lo que me llevó a otro de Stephen Hawkings acerca
de la Historia del
Tiempo. En ellos me fui fascinando por la inter-relación
que se mostraba entre lo grande: el cosmos y lo ultra
pequeño, el mundo atómico, y por la búsqueda
constante que siempre existió entre los hombres de llegar
a conocer cuáles son los bloques últimos que
componen todas las cosas que vemos y las que no vemos
también. Esta situación, coadyuvada por disponer de
cierto tiempo, me llevó a buscar con cierto interés
lecturas que, si bien en sí mismas muchas veces me
resultaban complejas e in-entendibles, producían en mi, al
comprender una idea o concepto
complejo, una rara sensación de felicidad. Durante la
feria del libro de Buenos Aires del
año 2000, busqué títulos relacionados,
encontrando solo uno acerca de los llamados cazadores de
partículas, personas estas que están a la
búsqueda de los componentes últimos de la materia, como
si fueran pequeños ladrillos de materia fundamental. Este
campo de las partículas cuyos tamaños y vidas o
duración son imposible de aprehender con la razón,
es el mundo de la mecánica
cuántica. A poco de entrar en este tema, del cual yo
tenia referencias desde mis épocas de estudiante de
ingeniería, sentí una fuerte
atracción por tratar de comprenderlo a través de lo
que para mí ya resulta un hobby: la lectura. Dando
pie a muchos conocidos y familiares para que me hagan algunas
bromas. Debo decir públicamente que mucho antes de mi paso
por la Universidad ya
tenía inclinaciones por las ciencias, es
así que aún hoy conservo una enciclopedia de
"Ciencia y
Tecnología", como también un libro llamado
"Nuestro amigo el átomo",
que por alguna razón le pedí a mi madre que me lo
comprara cuando aun estaba en la escuela primaria.
Volviendo al tiempo actual, comencé una búsqueda
sin ninguna guía especializada, y con la facilidad que
brinda internet para
encontrar títulos que tuvieran que ver con el tema. Dado
que los mismos, deben tener poco mercado, me
asombré por lo barato que resultan ciertos títulos
que contenían un caudal de conocimientos, creatividad y
esfuerzo humano dignos de otros precios.
Así me lancé en una carrera de compra y lectura de
libros, y de charlas y comentarios con amigos, los que
normalmente terminaban en bromas a poco de comenzar, dado que no
daba en el clavo acerca de cómo comunicar lo que estaba
haciendo y fundamentalmente porqué lo hacia. Metido en
este proceso, y
basándome en algunos conocimientos pedagógicos que
había adquirido, me propuse en algún momento
escribir algo.

En primer lugar, para mí, porque creo que
cuando uno intenta poner por escrito las ideas, las mismas se van
clarificando en la mente del escritor, o al menos eso parece ya
que de tanto jugar con los conceptos por más abstractos
que estos sean, el entendimiento se familiariza con los mismos y
los acepta a pesar de su complejidad, como naturales y
fáciles; preguntémonos por ejemplo: ¿por
qué menos por menos es mas y más por menos es
menos?.

En segundo lugar porque por algún motivo,
desconocido para mí, percibo con cierta fuerza una
relación entre estos conceptos científicos y la fe
en un Dios Creador; como también percibo lo que el
filósofo George Steiner mencionaba en una entrevista
publicada en la revista de La
Nación:

…creo que en las ciencias se puede
encontrar una moral de la
verdad…

y la Verdad está en Dios.

En tercer lugar aunque como un subproducto, para
aquellos que puedan encontrarse con este escrito, y que a
través del mismo, puedan adquirir ciertos conceptos
básicos y mínimos de esta "nueva física" (Ojo!! tiene
ya mas de 100 años) más revolucionaria que la
Teoría
de la Relatividad de Einstein pero mucho menos conocida o al
menos nombrada. Finalmente tengo la certeza de que esto lo hago
porque tengo el tiempo para hacerlo por un lado y también
la
motivación. Así como hay personas que disfrutan
leyendo poesía o ficción, o contemplando cuadros,
yo disfruto, leyendo temas científicos, a pesar de que
muchas veces, luego de repetir la lectura varias veces, no
alcance a comprender totalmente el sentido de lo que se dice, al
menos según palabras del filósofo alemán
Josef Pieper, no con la razón como "ratio", pero sí
en mayor medida con la razón como "intellectus". Esta idea
de las dos facetas o facultades de la razón me parece
sumamente interesante para lo cual nada mejor que leer lo que
Pieper dice al respecto en su libro "El Ocio y la Vida
Intelectual":

La ratio es la facultad del pensar
discursivo, del buscar e investigar, del abstraer, del precisar y
concluir. El intellectus, en cambio, es el
nombre de la razón en cuanto que es la facultad del
"simplex intuitus", de la simple visión, a la cual se
ofrece lo verdadero como al ojo el paisaje. Ahora bien la
facultad cognoscitiva espiritual del hombre, y
así lo entendieron los antiguos, es ambas cosas: ratio e
intellectus; y el conocer es una actuación conjunta de
ambas. El camino del pensar discursivo está
acompañado y entretejido por la visión comprobadora
y sin esfuerzo del intellectus, el cual es una facultad del
alma no activa
sino pasiva, o mejor dicho receptiva; una facultad cuya actividad
consiste en recibir… la actuación de la ratio , el
pensar discursivo, es trabajo,
actividad esforzada. La simple visión del intellectus, la
intuición, sin embargo no es trabajo.

Yo agregaría que el intelecto, es esa
faceta o facultad de la razón inexplicable que nos hace
percibir que estamos ante algo importante, glorioso diría
yo. Y aquí quisiera detenerme un poco mas sobre la
relación que yo encuentro entre este tema tan
científico y abstracto, y la fe. Muchas veces me ha pasado
entrar en discusiones interesantes pero que difícilmente
lleguen a conclusiones acerca de temas religiosos y de la fe. En
estas, es común encontrar dos posiciones extremas, los
dogmáticos que intentan por todos los medios o con
cierta fuerza demostrar la lógica
de la fe en la existencia de un Dios creador, y los
escépticos o racionales que al no ver esa lógica
(razón como ratio según Pieper) fundamentan la
imposibilidad de la existencia de Dios. Bueno en este tema de la
física cuántica, yo me encontré con
explicaciones o hechos que muestran el comportamiento
real y demostrado de ciertos eventos, a pesar
de que eso que muestran se da patadas con el sentido común
(de nuevo con la razón como ratio). Por eso a mí
personalmente esto me llevó a preguntarme: ¿si
estas cosas son así y los científicos no logran dar
explicaciones satisfactorias para la lógica humana, por
qué no podrá ser lo mismo con la existencia de
Dios? ¿No será que si bien no podemos captarlo con
la razón como ratio, infinidad de veces se nos hace
presente a través de la razón como intellectus?.
¿No será cuestión de darle mas importancia a
eso que muchos defenestran por ser particularidad de las mujeres
que es la intuición?

Valga esto como introducción tal vez un poco larga y sobre
todo muy diferente a lo que a partir de aquí será
este "paper", ya que tomará una dirección mas científica o mejor
dicho de descripción de temas científicos,
todos los cuales en mayor o menor medida están tomados de
la referencia bibliográfica adjunta, la cual no sé
si es mucha, buena o válida, pero es la que yo mismo me
construí.

En este camino en que me he metido, me doy cuenta
claramente de la importancia del maestro, que para esto yo
aún no lo tengo y me gustaría encontrarlo. El
maestro es aquel que me diría, lee primero esto, ahora
fíjate en esto, tratá de explicarte aquello otro,
compará lo que dicen fulano y mengano del mismo tema.

Quisiera por último ser muy claro respecto
al origen de lo escrito; no son aportes originales sino que
intento explicar con mis palabras y también transcribiendo
directamente las palabras de los diferentes autores todos los
temas. Si no hiciera referencia directa a esta situación,
sentiría que estoy plagiando dado que alguien
podría pensar que el aporte es original cuando no lo es.
No obstante esta aclaración considero que hay un cierto
esfuerzo de mi parte y aporte original, dado que lo escrito
está ordenado y digerido luego de una lectura mas
esforzada que apunta a clarificar conceptos.

¿Por
qué cuántica?

Einstein dio una buena explicación y
analogía con la vida real acerca del significado de la
palabra cuántica y cuantos. En su libro "La física,
aventura del pensamiento"
dice que por ejemplo en una mina de carbón la producción puede variar en un modo
continuo, si aceptamos cualquier unidad de medida por mas
pequeña que sea. Es decir podríamos decir que se
produjo 1 granito mas de carbón que ayer. Lo que no
podemos hacer es expresar la variación de personal en forma
continua, no tiene sentido hablar de que se aumento el personal
en 1,80 personas, es decir la medida de la cantidad de personal
es discreta y no continua. Otro ejemplo, una suma de dinero solo
puede variar de a saltos, discontinuamente. La unidad
mínima para el dinero es
el centavo. Decimos entonces que ciertas magnitudes cambian de
una manera continua y otras de una manera discontinua o discreta,
o sea por cantidades elementales o pasos que no pueden reducirse
indefinidamente. A estos pasos mínimos e indivisibles, se
los llama cuantos elementales de la magnitud en cuestión.
Es evidente que al aumentar la precisión de cómo se
realizan las medidas de cualquier tipo de magnitud, unidades que
se consideraban indivisibles dejen de serlo y adoptan un valor aun
menor. O sea ciertas magnitudes que se consideran continuas
pueden tener una naturaleza
discreta.

En física, ciertas magnitudes consideradas
por muchos años como continuas, en realidad están
compuestas de cuantos elementales. La energía es una de
estas magnitudes que al estudiar los fenómenos del mundo
de los átomos, se detecto que su naturaleza no era
continua sino discreta y que existe una unidad mínima o
cuanto elemental de energía. Este fue el descubrimiento de
Max Planck con el que se inicia la teoría
cuántica.

Cuanto o quantum utilizado como un sustantivo se
refiere a la cantidad más pequeña de algo que es
posible tener. En el mundo de la física clásica
existe el concepto de que todos los parámetros
físicos como por ejemplo la energía, la velocidad, la
distancia recorrida por un objeto, son continuos. Para entender
que es esto de continuos, pensemos en el termómetro que mide la temperatura,
cuando vemos que la misma aumenta en un grado en realidad aumento
primero en una décima de grado y así siguiendo
antes en una millonésima de grado etc., etc. Es decir el
proceso de aumento de temperatura que medimos con el
termómetro decimos que es continuo. Bien en el mundo de la
física cuántica esto no es así, en concreto
cuando Max Planck estudió como se producía la
radiación
desde un cuerpo incandescente, su explicación fue que los
átomos que componen el cuerpo incandescente, cuando
liberaban energía en forma de radiación, lo
hacían no en forma continua, sino en pequeños
bloques a los que él denominó cuantos de
energía. Lo extraño de todo este proceso o de la
explicación de Planck es que no existen posiciones
intermedias, es decir no existen medios cuantos o un cuarto de
cuanto. Es como si en el caso del termómetro no existiera
la fracción de grado, simplemente la temperatura que
está en 20º pasa de golpe a 21º. Decimos
extraño porque lo que el sentido común indica es
que la temperatura de un objeto aumenta cuando este recibe
calor/energía; si el cuerpo está en
20º y le doy calor en una pequeña cantidad, no
será suficiente para que aumente en un grado a 21º
pero si para que algo aumente. En el mundo cuántico es
como si esas pequeñas cantidades se van almacenando en
algún lugar sin manifestarse de ninguna forma (sin aumento
de temperatura del cuerpo), para que de repente cuando la
cantidad de calor transmitida alcanzó un valor tal que el
termómetro muestra ahora
sí un aumento de 1º, marcando 21º.
¿qué pasó en el medio?. Bueno esto que si
bien no ocurre en el caso de la temperatura sino que es solo una
analogía para entender, es lo que efectivamente ocurre en
el mundo cuántico. Todas las partículas que
componen el universo
físico se deben mover en saltos cuánticos. Un
cuerpo no puede absorber o emitir energía luminosa en
cualquier cantidad arbitraria sino solo como múltiplos
enteros de una cantidad básica o cuanto. Volviendo a la
extrañeza de estos fenómenos, imaginemos por un
momento otra analogía: estamos arrojando piedras en un
estanque de agua
tranquilo. El sentido común dado por la experiencia que
acumulamos en el tiempo nos dice que al hacer esto se
producirán ondas en el
estanque que son producto de la
energía que la piedra transmitió al caer al agua.
Un estanque cuántico, se comportaría de diferente
forma, al arrojar una o varias piedras nada ocurrirá, y de
repente sin que medie ninguna conexión entre la causa
(arrojar piedras) y el efecto (se generan ondas en la
superficie), el estanque comenzará a vibrar con ondas,
hasta que de repente se tranquilizará nuevamente por mas
que en ese momento estemos lanzando piedras. Si todas las piedras
son del mismo tamaño, y arrojadas desde la misma altura,
entregarán al caer la misma cantidad de energía al
agua. Si dicha cantidad de energía resulta ser inferior al
cuanto de energía, entonces debemos arrojar mas de una
piedra para iniciar el movimiento.

Quiero recalcar la extrañeza de este
fenómeno, llamando la atención sobre el hecho de que el cuanto no
es una cantidad que pueda subdividirse, es decir, el concepto de
continuidad pierde significación, entre 0 y el cuanto no
existe nada. Son estados que la naturaleza no permite. Esta es la
característica esencial del descubrimiento de Planck al
estudiar los fenómenos llamado radiación del cuerpo
negro (tema que se desarrollara mas adelante): existe un
límite inferior al cambio de energía
(absorción o emisión de energía en forma de
luz) que un
átomo puede experimentar.

Las dimensiones
del mundo atómico y su relación con el macro
mundo

La física que estudia y explica los
fenómenos que ocurren en el dominio de los
átomos, de sus núcleos y de las partículas
elementales se denomina cuántica; y la teoría
matemática
básica que explica los movimientos y relaciones en
este campo se denomina mecánica cuántica. No se debe sin
embargo pensar que la física cuántica no
corresponde al mundo macroscópico, en realidad toda la
física es cuántica; y las leyes de
ésta tal como las conocemos hoy, constituyen nuestras
leyes MÁS GENERALES de la naturaleza.

En el mundo macroscópico las leyes de la
naturaleza que se han descubierto son las denominadas leyes de la
física clásica; en estas se tratan aquellos
aspectos de la naturaleza para los que la cuestión de
cuál es la constitución última de la materia no
es algo que importe en forma inmediata. Cuando aplicamos las
leyes de la física clásica a los sistemas
macroscópicos tratamos de describir solamente ciertos
rasgos globales del comportamiento del sistema. Los
detalles más finos del comportamiento del sistema se
ignoran. En este sentido las leyes de la física
clásica son leyes aproximadas de la naturaleza y debemos
considerarlas como formas límite de las leyes de la
física cuántica, más fundamentales y que
abarcan mucho más. Las teorías
clásicas son teorías fenomenológicas. Una
teoría fenomenológica intenta descubrir y resumir
hechos experimentales dentro de un cierto dominio limitado de la
física. No se persigue describirlo todo en el reino de la
física, pero si es una buena teoría
fenomenológica, describirá de manera muy precisa
cualquier aspecto dentro de aquel dominio limitado. En realidad
toda teoría física es fenomenológica (trata
de los fenómenos o eventos o hechos que ocurren).

Como decimos, las teorías clásicas
no poseen validez universal, aunque son muy buenas teorías
fenomenológicas, no lo dicen todo acerca de los cuerpos
macroscópicos. Por ejemplo no podemos explicar por
qué las densidades son lo que son, por qué las
constantes elásticas de los materiales
tienen los valores
que tienen, por qué se rompe una barra cuando la sometemos
a una tensión mas allá de cierto límite, por
qué el cobre funde a
1083ºC, por qué el vapor de sodio emite luz amarilla,
por qué brilla el sol, por
qué el núcleo de uranio se desintegra
espontáneamente, por qué la plata conduce la
electricidad,
por qué el azufre no conduce la electricidad; se
podría seguir con muchos ejemplos de la vida cotidiana o
que tienen cierto impacto en muchas de las cosas de esta vida
cotidiana, acerca de los cuales la física clásica
tiene poco o nada que decirnos.

El hombre siempre estuvo y sigue estando
interesado en conocer o poder
explicarse de donde salió y como funciona todo, y por eso
investiga buscando saber si existe una teoría general de
la materia. No tenemos hoy en día una teoría
detallada para todo lo que ocurre en nuestro mundo, sin embargo y
sobre todo en el siglo XX, es mucho lo que se avanzó, por
ejemplo comprendiendo ahora muy bien los hechos de la química y las
propiedades de la materia macroscópica; en estos dominios
de la física se puede hoy responder a cuestiones que no
podían resolverse dentro de la teoría
clásica.

Podemos decir hoy que el modelo
estándar de la física de las partículas, que
se basa en las reglas de la mecánica cuántica, nos dice como
está construido el mundo a partir de ciertos bloques
fundamentales, que se mantienen unidos gracias al intercambio de
energía en forma de partículas; pero no creamos que
dicho modelo estándar es el definitivo ya que el ser
humano a través de su inteligencia
sigue en la búsqueda. Ahora yo me pregunto ¿Por
qué sigue en la búsqueda? ¿Habrá algo
innato, genético, incrustado en la naturaleza del hombre
que lo lleva a esta búsqueda? ¿Será una
llamada o un mensaje dejado por alguien? ¿Será la
semejanza de un Dios creador que tenemos incorporada? Es muy
probable que a nadie le interese esto como para dedicarle mas que
una fracción de su tiempo; pero no podemos decir que sea
cual fuere la duración de dicha fracción, si
alcanzamos a percibir algo aunque sea a través del
intellectus, nos quedamos totalmente maravillados.

Cuando el físico Max Planck,
estudió la radiación del cuerpo negro, que es un
cuerpo incandescente, sacó su conclusión de que la
energía era absorbida y emitida en cuantos de
energía proporcionales a la frecuencia de la luz que se
irradia. La constante de esta proporcionalidad es un numero, muy
pero muy pequeño, del orden de 10-34 esto es
0,000000000000000000000000000000001. Es bueno ahora tratar de
tener una cierta sensibilidad para darnos cuenta lo lejos que
están nuestras experiencias diarias de lo que denominamos
mundo cuántico. Si existiera un terrón de azúcar
de dicha dimensión en cm, necesitaríamos varios
billones (exactamente 1034) de dichos objetos para cubrir la
distancia de 1 cm. Veamos que es esto en nuestra realidad. Si
tomáramos la misma cantidad de terrones de azúcar
(1034) y los pusiéramos uno al lado del otro,
cubrirían una distancia de 1000 millones de años
luz. El mundo cuántico opera en una escala mucho
menor que la relación existente entre la dimensión
de un terrón de azúcar y la de todo el universo
observable.

Detengámonos un momento en la
dimensión de un átomo. Si aceptamos como modelo el
de un núcleo y una "nube" externa de electrones, la
dimensión del núcleo es de 10-13 cm y la de todo el
átomo, o sea con la nube de electrones es 10-8 cm; para
percibir la relación, si el núcleo fuera de 1 cm,
la nube de los electrones más externos, estaría a
una distancia de 105 cm esto es 1 Km.

Las ondas, su
clasificación y sus
características

Considero importante extenderme algo sobre este
tema de las ondas, porque veremos que conceptos de la
mecánica ondulatoria están íntimamente
ligados a la física cuántica. Un autor
señala que usar a las ondas ordinarias en formas o maneras
inusuales es el secreto de la teoría cuántica.
Todas las ondas, no importa cuan exóticas sean,
están construidas con un mismo plan y toman sus
ordenes del mismo libro, de allí que las ondas
cuánticas seguirán las mismas reglas que las ondas
en general. Ahora bien, que conocemos de las ondas ordinarias. La
mayoría de las personas ha tenido experiencia con las
ondas, por ejemplo al arrojar una piedra en un tanque de agua se
forman ondas; si ponemos un corcho veremos que el mismo se mueve
hacia arriba y hacia abajo pero que no se traslada en la
dirección que vemos se trasladan las ondas, como
círculos que se abren desde el centro donde cayó la
piedra. Estas ondas acuáticas constituyen un ejemplo de
una amplia variedad de fenómenos físicos que
presentan características análogas a las ondas. El
mundo está lleno de ondas: ondas sonoras,
mecánicas, tales como la onda que se propaga en una cuerda
de una guitarra, ondas sísmicas que pueden transformarse
en terremotos,
ondas de choque que se producen cuando por ejemplo un
avión supera la velocidad del sonido, es como
un estampido y otras ondas más particulares porque no son
tan fácilmente captadas con los sentidos o no
es tan sencillo interpretar su origen; son las ondas
electromagnéticas. Entre estas están la luz
visible, las ondas de radio, las
señales
de TV, los rayos X; muchas
de las cuales permiten el funcionamiento de algunos
adminículos por todos conocidos: el control de
canales de TV para hacer zapping, los TE celulares, Direct TV,
internet por aire.

El concepto de onda es abstracto, aquellas ondas
que viajan en un medio material se denominan ondas
mecánicas. Cuando se observa lo que denominamos una onda
en el agua, lo
que en realidad se contempla es una nueva disposición de
la superficie del agua, sin la presencia del agua no
existiría onda alguna. Si fijamos el extremo de una cuerda
y movemos el otro extremo hacia arriba y hacia abajo, vemos como
a lo largo de la cuerda se mueve una onda. Si no existiera la
cuerda no existiría la onda. Las ondas sonoras viajan por
el aire como un resultado de las variaciones de presión en
el aire de punto a punto. En todos los casos, lo que se
interpreta como una onda corresponde a la perturbación de
un cuerpo o un medio. En consecuencia una onda puede considerarse
como el movimiento de una perturbación. El movimiento de
la perturbación- el estado del
medio o la onda en sí misma- no debe confundirse con el
movimiento de las partículas. En el caso particular de las
ondas mecánicas, estas requieren para su existencia de una
fuente de perturbación (la piedra que arrojo al agua), un
medio que pueda ser perturbado (agua, aire) y alguna
conexión física o mecanismo mediante el cual las
porciones adyacentes del medio – las que están en
contacto- ejerzan influencia entre sí. En el caso de las
ondas electromagnéticas, durante muchos años, no se
tenía claro cual era el medio que se perturbaba, es
así que se hablaba del éter como medio de
transferencia de estas ondas. Hoy en día se sabe que esto
del éter no es así y que las ondas llamadas
electromagnéticas, no necesitan de ningún medio, es
decir se pueden propagar a través del espacio
vacío.

El estudio de las ondas se hace sobre una
representación gráfica de la misma que es la forma
de la función
senoidal o seno:

y= f(x)= Asen(x+(), ya veremos su significado, el
cual es bastante simple para aquellos con ciertos conocimientos
de trigonometría. Si bien no todas las ondas
siguen esta función, un teorema muy importante de un
matemático llamado Fourier,
demostró que: cualquier onda puede ser descompuesta
como una suma única de ondas componentes senoidales.
Este teorema además de facilitar el estudio profundo de la
mecánica ondulatoria, permite también para aquellos
que no queremos profundizar tanto, representarnos
gráficamente con facilidad lo que es una onda, dado que la
función seno o senoidal es la que se forma en una cuerda
cuando, movemos sus extremos hacia arriba y abajo
repetidamente.

Veamos ahora algunos conceptos físicos que
se utilizan para caracterizar a las ondas:

• La longitud de onda (() es la distancia entre
  dos puntos idénticos de la onda, por ejemplo entre dos
  crestas consecutivas en el agua (tiene unidades de distancia:
  mm, cm, m, etc.)

• La máxima altura de la onda se
  denomina amplitud y también se mide en unidades de
  distancia.

• El período es el tiempo T que tarda la
  onda en recorrer un ciclo, es decir en volver a la
  posición inicial, por ejemplo de una cresta a la
  cresta siguiente.

• La frecuencia es lo que mide el número
  de veces / ciclos que un punto de la superficie sube y baja
  en un segundo (unidades de ciclos o veces por segundo, es
  decir unidades de la inversa del tiempo), en otras palabras
  la frecuencia es la rapidez con la cual la
  perturbación se repite por sí misma. La
  frecuencia es la inversa del período T; f= 1 / T.

• La velocidad de propagación de la
  onda. Dado que velocidad es espacio dividido el tiempo en que
  se recorrió dicho espacio, en nuestro caso podemos
  expresarlo como Longitud de onda / Período, y como la
  inversa del período (1/T) es la frecuencia, entonces
  tenemos que: v = (.f. Esta dependerá de las
  propiedades del medio que experimenta la perturbación.
  Por ejemplo las ondas sonoras se propagan en el aire a una
  velocidad menor que a través de los sólidos.
  Las ondas electromagnéticas que se propagan en el
  vacío, es decir que no requieren medio que se perturbe
  para propagarse, lo hacen una velocidad muy alta de 300.000
  Km. / seg (la velocidad de la luz que se la denomina c).

• El ángulo de fase (, si bien es
  más complejo decir que es, es sencillo entender su
  significado. Cada punto de una onda posee una fase definida
  que indica cuanto ha progresado o avanzado dicho punto a
  través del ciclo básico de la onda. Escuchamos
  la idea de fases de la luna, que indica justamente donde
  está la luna respecto a su ciclo el cual se repite
  siempre (por eso es ciclo). Las fases de las ondas son las
  que gobiernan lo que ocurre cuando dos o mas ondas se
  encuentran. Si dos ondas en el agua se cruzan, puede ocurrir
  que cuando una este en la cresta máxima, la otra este
  en la mínima, y como consecuencia de esto se aplaca el
  movimiento en el lugar de cruce de ambas, es decir el
  máximo cancela al mínimo. Esta
  superposición de ondas se da así porque ambas
  ondas que se encontraron estaban fuera de fase, es decir
  tenían diferentes ángulos de fase, estaban
  desfasadas. Es la diferencia de fase entre ondas que se
  superponen lo que produce el fenómeno de
  interferencia, que posteriormente veremos como uno de los
  primeros problemas
  extraños de la física clásica: la doble
  naturaleza de la luz onda-partícula.

• La polarización. Este concepto explica
  en qué dirección se desplaza el medio.
  Así decimos que si el medio se desplaza
  perpendicularmente a la dirección de la onda, tenemos
  una onda polarizada transversalmente. Tal como se explica en
  el caso de ondas transversales, una onda puede tener
  infinitas polarizaciones, dado que son infinitos los planos
  que contienen a la recta que marca la
  dirección del movimiento de la onda. El
  fenómeno de la polarización es el que
  comprobamos cuando usamos anteojos negros. Los mismos
  contienen alguna sustancia que actúa como filtro, no
  dejando pasar determinadas direcciones de propagación,
  eliminando así los reflejos o el encandilamiento.

Como decíamos una de las formas más
simples de demostrar el movimiento ondulatorio es al sacudir uno
de los extremos de una cuerda larga que está sujeta en el
otro extremo y en tensión. Al hacer esto se
observará una protuberancia en la cuerda, llamada pulso,
que viaja hacia el otro extremo con una rapidez definida, esta se
denomina onda viajera, la cuerda es el medio por donde viaja la
onda y se supone que el pulso ondulatorio no cambiará
cuando viaja a lo largo de la cuerda. A medida que el pulso
avanza, cada parte de la cuerda que es perturbada se mueve hacia
arriba y hacia abajo, es decir en dirección perpendicular
a la dirección del movimiento de la onda, esta
característica es lo que define a las ondas llamadas
transversales: el medio se mueve perpendicularmente a la
dirección de propagación de la onda. Cuando el
medio se mueve en dirección paralela a la de
propagación de la onda, estas se denominan ondas
longitudinales, es el caso de las ondas sonoras. Algunas ondas en
la naturaleza son una combinación de ambos tipos.

Todas las ondas transportan energía
consigo misma en la dirección de su movimiento, pero no
transportan materia. Es decir, la propagación de las ondas
es un mecanismo que permite transportar energía entre dos
puntos separados en el espacio- que es la capacidad de realizar
un trabajo, por ejemplo cambiar de canal en la TV – sin
alterar físicamente el material a través del cual
se hace el transporte o
transmisión. Es esta característica notable pero
poco conocida o bien a la que no se da importancia, lo que le da
a las ondas tanta importancia dentro de nuestras vidas. Se
demuestra matemáticamente que la potencia
transmitida por las ondas, esto es la energía o capacidad
de realizar trabajo por unidad de tiempo, es proporcional a la
velocidad de propagación de la onda, al cuadrado de la
amplitud y al cuadrado de la frecuencia.

Las ondas electromagnéticas

Hasta aquí describíamos las ondas
mecánicas, las cuáles corresponden a la
perturbación de un medio. Las ondas
electromagnéticas a diferencia de las mecánicas, no
necesita de un medio para sus existencia.

Las ondas electromagnéticas ocurren como
consecuencia de dos efectos:

• Un campo
  magnético variable genera un campo
  eléctrico.

• Un campo eléctrico variable produce un
  campo magnético.

Las fuentes de
radiación
electromagnética son cargas eléctricas
aceleradas, es decir que cambian con el tiempo su velocidad de
movimiento.

Las ondas radiadas consisten en campos
eléctricos y magnéticos oscilatorios que
están en ángulo recto (perpendiculares) entre
sí y también son perpendiculares (ángulo
recto) a la dirección de propagación de la onda,
esto significa que las ondas electromagnéticas son por
naturaleza transversales.

Ahora bien ¿qué son esos campos que
mencionamos?. Los físicos crearon un concepto para
explicar la acción
o influencia que se puede ejercer a distancia sobre alguna
partícula de referencia, sin que exista contacto real. Por
ejemplo todos sabemos que cualquier cuerpo que esté en el
aire sufre una atracción hacia la tierra que
lo hace caer si no está sujeto a algo, ¿por
qué cae? Decimos que por la acción de una fuerza.
Esa fuerza la produce algo externo al cuerpo en cuestión,
se dice entonces que en el punto o posición o lugar en el
espacio donde el cuerpo se encuentra, existe un campo
gravitatorio y a este se lo define como la relación entre
la fuerza que se ejerce sobre una partícula de referencia
y su masa. G= F/m

De la misma forma se dice que una
partícula de referencia- en este caso es una
partícula que tiene una carga eléctrica "q" – se
encuentra influenciada por un campo eléctrico cuando sobre
ella se ejerce una fuerza; el campo eléctrico está
dado como en el caso anterior por la relación entre la
fuerza que dicha carga de referencia experimenta y el valor de la
carga. E= F/ q. Este campo, como en el caso anterior,
también esta originado externamente a la carga de
referencia. Siguiendo con una explicación análoga,
un campo magnético en un punto del espacio, es una zona
donde una partícula de referencia, en este caso una carga
"q" que se mueve a una cierta velocidad "v" experimenta sobre
ella una fuerza, tal que el campo magnético quedara
definido así: B = F/ q.v

Vemos entonces que en todos los casos un campo es
algo que existe por definición para explicar la fuerza que
actúa sobre una partícula de referencia cuando
está situada en un punto del espacio. En todos los casos
la intensidad del campo disminuye a medida que aumenta la
distancia entre la partícula de referencia y la fuente que
origina el campo.

Un físico de renombre James Clerk Maxwell
demostró que las amplitudes de los campos
eléctricos y magnéticos de una onda
electromagnética están relacionados.

Las ondas electromagnéticas cubren un
amplio espectro de frecuencias. Dado que todas las ondas
electromagnéticas tienen igual velocidad c (velocidad de
la luz) que es una constante es decir no cambia, la
relación c= f* ( (recordemos que la explicación de
velocidad de la onda era el espacio recorrido dividido el tiempo
para recorrerlo. Cuando el espacio es una longitud de onda, el
tiempo se llama período "T" y la inversa del
período es lo que denominábamos frecuencia de la
onda; de allí surge la igualdad
anterior, dándole a la velocidad la notación que
corresponde por ser la velocidad de la luz) define todo el
espectro posible, abarcando desde las ondas de radio de baja
frecuencia y gran longitud de onda, las cuales son ondas
electromagnéticas producidas por cargas que oscilan en una
antena transmisora, las ondas de luz con frecuencias mayores
(cada color de la luz
blanca corresponde a una longitud de onda determinada) se
producen cuando determinados electrones oscilan dentro de los
sistemas atómicos. Las ondas electromagnéticas
fuera del campo visible como las ultravioletas, los rayos x, los
rayos (, rayos cósmicos, que son vibraciones de otros
electrones, o desaceleraciones de los mismos.

Veamos cada una las diferentes ondas en orden
decreciente de su longitud de onda y por lo tanto, orden
creciente de su frecuencia, y como se producen:

• Ondas de radio, son el resultado de la
  aceleración de cargas a través de alambres
  conductores. Son generados por dispositivos
  electrónicos.

• Microondas que son ondas de radio de longitud
  corta también generadas por dispositivos
  electrónicos, se utilizan en sistemas de radar y para
  hornos a microondas.

• Ondas infrarrojas llamadas también
  térmicas, llegan hasta la luz visible (el rojo del
  espectro), se producen por la vibración de los
  electrones de las capas superiores de ciertos elementos,
  estas ondas son absorbidas fácilmente por la
  mayoría de los materiales. La energía
  infrarroja que absorbe una sustancia aparece como calor, ya
  que la energía agita los átomos del cuerpo, e
  incrementa su movimiento de vibración o
  translación, lo cual da por resultado un aumento de la
  temperatura.

• Ondas visibles, son la parte del espectro
  electro-magnético que puede percibir el ojo humano. La
  luz se produce por la disposición que guardan los
  electrones en los átomos y moléculas. Las
  diferentes longitudes de onda se clasifican en colores
  que varían desde el violeta el de menor longitud de
  onda hasta el rojo el de mayor longitud de onda (de 4 a
  7×10-7). La máxima percepción del ojo humano se produce en
  la longitud de onda del amarillo-verdoso.

• Ondas ultravioletas, que se producen por
  vibraciones de mayor frecuencia, producidas por ejemplo en el
  sol.

• Rayos X cuya fuente más común
  es la desaceleración de electrones que viajan a altas
  velocidades (alta energía) al chocar en un bombardeo
  de un blanco metálico.

• Rayos ( que son ondas
  electromagnéticas emitidas por núcleos
  radioactivos durante ciertas reacciones nucleares.

Un recorrido
histórico a vuelo de pájaro.

Entonces el mundo cuántico es el mundo de
las partes más pequeñas que constituyen la materia,
el micromundo, el mundo de las partículas
subatómicas. La primer partícula subatómica
que fue el electrón, recién fue descubierta en el
año 1897. Los físicos de partículas han
desarrollado modelos para
comprender de qué están hechas las cosas y
cómo las diferentes partes componentes interactúan
entre sí. El modelo estándar de la física de
las partículas, basado en las reglas de la mecánica
cuántica, nos dice como el mundo está construido
por pequeñísimos bloques fundamentales de quarks y
leptones que se mantienen juntos por el intercambio de
partículas denominadas gluones y bosones. Lamentablemente
este modelo no incluye todo, por ejemplo no incluye el campo
gravitatorio. La estructura de
la física teórica en el siglo XX fue construida
sobre dos grandes teorías, la Teoría general de la
Relatividad, la cual describe la gravedad y el universo macro, y
la Mecánica Cuántica que describe el micromundo. La
unificación de ambas en una teoría que abarque todo
es lo que los científicos en el siglo XXI están
buscando, aún sin conseguirlo. No obstante esta
búsqueda, cualquier teoría física mejorada
incluirá la teoría cuántica, y ninguna de
estas teorías podrá tal vez explicar la
extrañeza del mundo cuántico, para los
estándares utilizados en la vida diaria y el sentido
común de las personas. La cuántica desafía
al sentido común, o mejor dicho no tiene sentido a pesar
de que explica con precisión insólita todos los
fenómenos que ocurren en el mundo de las partículas
subatómicas. Uno de los ejemplos clásicos es el
fenómeno de la doble identidad de
la luz, y de todas las partículas conocidas. Doble
identidad dada por la identidad onda y la identidad
partícula. J.J. Thompson abrió el micromundo a
la
investigación cuando descubrió el
electrón como partícula. Tres décadas mas
tarde, su hijo George Thompson probó que los electrones
eran ondas. Ambos estaban en lo cierto y ambos ganaron el premio
Nobel por sus investigaciones.
Un electrón entonces es una partícula y
también es una onda, o mejor dicho, no es ni una cosa ni
la otra sino que es una entidad cuántica que responde a
determinados experimentos
comportándose como una onda y a otros experimentos de
otras características comportándose como una
partícula. Lo mismo pasa con la luz, que se puede
comportar como un haz de partículas denominadas fotones o
como un conjunto de ondas de diferentes longitudes de onda,
según sean las circunstancias. Por cierto la luz es ambas
cosas, a pesar de que no se manifiesta claramente así en
nuestra vida diaria, razón por la cual no consideramos las
consecuencias de esta doble identidad como algo claro para
nuestro sentido común.

Todo esto está también relacionado
con el fenómeno de la incertidumbre cuántica; la
cual significa que una entidad cuántica por ejemplo un
electrón en movimiento no tiene un conjunto de propiedades
bien determinadas o definidas tales como las que podríamos
encontrar que tiene una bola de billar al rodar por la felpa de
una mesa donde la misma claramente tiene una velocidad y una
posición determinada en cada instante. La entidad
cuántica, en nuestro caso el electrón en movimiento
u órbita alrededor de un núcleo, o
moviéndose a través de un hilo conductor de
corriente
eléctrica, no puede saber en forma precisa a donde
está ni a donde se dirige. Esto que aquí se
menciona, puede parecer un fenómeno totalmente
irrelevante, algo sin importancia para nuestra vida de todos los
días (a quien le puede importar, lo que hace un
electrón!!). Pero en realidad es esta incertidumbre
cuántica, la que permite que un núcleo de una
molécula de hidrógeno se una a otro en un proceso
denominado fusión
nuclear, que es la fuente básica de la energía
solar. Esto significa ni más ni menos que si este
concepto de incertidumbre cuántica no existiera, el sol no
sería lo que es, y por lo tanto nunca nos
preguntaríamos acerca de estas cosas "triviales" y "sin
sentido" porque sencillamente no existiríamos.

La física cuántica no es un
ejercicio académico e intelectual sin sentido para la
vida. Es necesario saber esta rama de la física para
construir una planta nuclear como también una bomba
nuclear, para diseñar mecanismos láser, los
cuales permiten desde escuchar música en un CD hasta leer
información almacenada en el disco
rígido de una PC o mecanismos similares al láser
utilizados para amplificar señales satelitales que
alimentan lo que vemos en TV.

La física cuántica es importante en
el diseño
y la operación de todo aquello que contiene semiconductores
– chips para PC, TV, equipos de audio, máquinas
de lavar, autos, TE
celulares -. Los semiconductores son materiales que tienen
propiedades intermedias entre los aislantes (aquellos en que los
electrones de los átomos del elemento que compone el
material aislante, están firmemente ligados al
núcleo de dichos átomos) y los materiales
conductores (en los cuales los electrones están libres de
ataduras y se mueven libremente a través del material
conductor). En un semiconductor, algunos electrones están
apenas ligados a sus núcleos y pueden saltar hacia otros
núcleos y así moverse de una manera
específica siguiendo ciertas reglas cuánticas
conocidas como estadística de Fermi-Dirac.

Los electrones que se encuentran en la parte
más externa de los átomos de los elementos, son los
que forman las interfaces entre los diferentes átomos y
moléculas que así forman todos los compuestos
químicos conocidos. La conducta de los
electrones en los átomos y moléculas, solo puede
ser explicada a través de la física
cuántica, es decir toda la química es explicada a
través de la física cuántica. La vida misma
está basada en interacciones químicas complejas,
siendo la más notable de todas el arquetipo de la
molécula de la vida, el ADN. Esta
molécula tiene la habilidad de desdoblarse y producir una
copia similar de sí misma. Ciertas ligaduras que mantienen
unidas a estas moléculas de ADN y que permiten este
proceso de desdoblamiento, son una clase de
ligadura o unión química denominada unión
hidrógeno, en la cual el núcleo de un átomo
de hidrógeno es compartido entre dos átomos o entre
dos moléculas formando la ligazón entre ellas. La
manera fundamental en que los procesos de la
vida operan solo se puede explicar a través de procesos
cuánticos que operan en estos sistemas de unión
hidrógeno. En genética,
para poder separar genes, a los efectos de agregarles nueva
información genética e integrarlos a su estado
original, es necesario entender cómo y porqué los
átomos se unen entre ellos y en una cierta secuencia pero
no en otras posibles, porqué ciertas uniones son mas
poderosas que otras, y porqué ciertas uniones mantienen a
los átomos y a las moléculas separados a ciertas
distancias fijas. Se puede conocer todo esto por prueba y error,
sin entender las leyes de la física cuántica que
gobiernan estos procesos, pero llevaría un tiempo cuasi-
infinito antes de arribar a conclusiones válidas (en
efecto la evolución opera dentro de esta forma de
prueba y error).

Cuando hablamos aquí en estos ejemplos de
entender o describir los fenómenos, no nos referimos a una
descripción en términos generales en una forma
cualitativa. Por el contrario, la física cuántica
permite realizar cálculos con una precisión
asombrosa. El triunfo más grande de la física
cuántica teórica, es la teoría que describe
la interacción entre la luz (cualquier
radiación electromagnética) y la materia (materia
representada por los electrones, que son uno de los componentes
básicos de la misma). Esta teoría se llama
Electrodinámica Cuántica (QED) y fue desarrollada
por el físico Richard Feynman. La misma explica cualquier
tipo de interacción que pueda ocurrir entre ondas
electromagnéticas y electrones de la materia con una
precisión de cuatro partes en 100.000 millones. Es la
teoría científica más precisa jamás
desarrollada, juzgando la misma por un criterio acerca de cuan
certeramente la teoría permite predecir los resultados
experimentales. Para darnos una idea de qué estamos
hablando, es tan precisa como si calculáramos la distancia
entre Nueva York y Los Ángeles
con un error máximo igual al diámetro de un
pelo.

Utilizando el mismo esquema de razonamiento de
esta teoría tan exitosa, se construyó otra similar,
intentando explicar lo que ocurre dentro de los protones y
neutrones- partículas que son los componentes
fundamentales en el núcleo de cualquier átomo- esta
nueva teoría fue denominada Cromodinámica
Cuántica (QCD). Actualmente ambas teorías son las
componentes de un modelo estándar que permite explicar la
composición básica de la materia, es decir de todo
lo que existe.

J.J.Thompson nunca hubiera imaginado el camino
que seguiría la ciencia
luego de su descubrimiento del electrón, aunque en
realidad los primeros pasos hacia el desarrollo de
la física cuántica no se dieron a partir de las
investigaciones sobre el electrón, sino sobre el otro
componente de la interacción fundamental desarrollada en
la QED: la luz en su acepción corpuscular: los
fotones.

Al final del siglo XIX, nadie pensaba que la luz
podía comportarse como partículas denominadas
fotones, las observaciones de muchos fenómenos mostraban
que la luz se comportaba como una onda, las ecuaciones del
electromagnetismo descubiertas por James Clerk
Maxwell describían a la luz como una onda. Pero fue Max
Planck quien descubrió que ciertas características
de la forma en que la luz es emitida y absorbida por un cuerpo,
solo se podrían explicar si la radiación producida
por el cuerpo emisor ocurriera en paquetes de cierto
tamaño fijo, a los que el denominó cuantos de
luz.

Su teoría en un primer momento fue
considerada como un artificio matemático, pero que en
realidad la luz era una onda, ni siquiera Planck consideraba que
la misma tuviera algún significado real, era algo
así como cerrar los números. El primero en tener en
cuenta esta idea de la luz como partícula fue Einstein
aunque aún era muy joven y no tenido en cuenta por la
comunidad
científica. El utilizó este concepto para explicar
un fenómeno conocido como Efecto Fotoeléctrico, en
un paper escrito en 1905. Pasaron muchos años, incluso con
científicos intentando demostrar que este concepto era
erróneo (Robert Millikan), para que finalmente fuera
aceptado como válido y así Einstein recibió
por su trabajo el premio Nobel en 1921.

Durante la misma época otros
científicos liderados por Niels Bohr,
aplicaban los conceptos de la física cuántica para
entender y desarrollar nuevos modelos de la estructura de los
átomos. El modelo así desarrollado permitió
explicar ciertos fenómenos que hasta ese momento
parecían mágicos, tales como la forma en que los
átomos de diferentes elementos producían
líneas claras y oscuras en longitudes de onda precisamente
definidas según fuera cada elemento utilizado, en los
experimentos de espectros de refracción de la luz emitida
por estos elementos. Tal vez aquí valga alguna
aclaración acerca de este concepto de espectros. Cada
elemento químico, por ejemplo el hidrógeno, o el
níquel, o la plata, o el carbono, o el
cloro, para mencionar algunos y saber que queremos decir al
pronunciar la palabra elemento químico; está
asociado a un único espectro óptico, el cual se
obtiene de la luz emitida cuando dicho elemento es calentado
hasta su incandescencia. No solamente los átomos poseen
espectros característicos, sino que las moléculas
formadas por diferentes átomos también lo tienen, y
también lo tienen los núcleos de los átomos.
Este espectro significa que estos objetos (núcleos,
átomos, moléculas) cuando reciben energía de
alguna forma (calentamiento) emiten (también absorben)
radiación electromagnética a ciertas frecuencias
definidas que van desde la región de las frecuencias de
radio para las moléculas, hasta la región de los
rayos X de longitud de onda muy corta o los rayos ( para los
núcleos. Con estas radiaciones se pueden hacer
experimentos de refracción cuyo resultado es lo que se
denomina un espectro electromagnético, aquellas bandas o
líneas de claridad y oscuridad que mencionábamos.
Los espectros ópticos, es decir los que están
dentro del rango correspondiente a la radiación visible
(la luz) fueron descubiertos en el siglo XIX aunque no
tenían una explicación científica, al menos
dentro de lo que la física clásica
permitía.

Para clarificar aun mas este fenómeno, se
debe tener en cuenta que en el estudio denominado espectroscopia,
existen tres experimentos diferentes:

• Sólido incandescente; que consiste en
  calentar un sólido hasta que produce una luz blanca
  (la bombita de luz), esta luz contiene todas las frecuencias
  del espectro visible. Cuando a dicho haz de luz se lo hace
  pasar por una ranura y luego incidir sobre la parte angosta
  de un prisma, pueden observarse en una pantalla, al otro lado
  del prisma, el llamado espectro continuo de colores (el arco
  iris).

• Gas monoatómico (un elemento)
  caliente; si utilizamos el mismo dispositivo de la ranura y
  el prisma, pero el haz de luz proviene ahora desde una
  cámara con un gas a una
  temperatura tal que emite luz, el espectro que veremos en la
  pantalla deja de ser continuo. Ahora se verán
  líneas brillantes con la forma de la ranura sobre la
  pantalla y cada línea con el color correspondiente al
  espectro continuo que mencionamos en el caso anterior.
  Diferentes tipos de gases
  producen diferentes espectros de líneas. Las
  propiedades integradoras del ojo humano impiden que veamos
  las líneas, es así que se percibe los colores
  fundidos como una sola cosa, por ejemplo vemos rojiza la luz
  del gas peón incandescente, amarilla la luz del sodio
  gasificado. A estos espectros de líneas producidos por
  el calentamiento de gases, de los denomina espectros de
  emisión.

• Gas monoatómico frío ( a
  temperatura ambiente):
  combinamos los dos experimentos anteriores. Calentamos el
  sólido hasta su incandescencia, se hace pasar la luz
  que este emite por una cámara donde se encuentra
  alojado un gas frío, el haz de luz que sigue su camino
  luego de pasar por el gas frío, se hace pasar por la
  ranura y el prisma ¿Qué resulta? En la pantalla
  ahora veremos un espectro de líneas oscuras, ubicadas
  en las mismas posiciones que estaban las líneas
  brillantes en el caso anterior. Esto indica que el gas
  frío esta absorbiendo energía en la misma
  frecuencia que emite cuando esta caliente. A este espectro se
  lo denomina de absorción

Actualmente la explicación a estos
fenómenos, está dada por la física
cuántica estableciendo que los espectros se interpretan en
términos de niveles de energía de los
átomos, moléculas y núcleos. El estudio de
los espectros nos lleva a conocer que, asociado con cada sistema
compuesto (núcleos = protones + neutrones; átomos =
núcleos + electrones; moléculas = átomo +
átomo), existe un conjunto de niveles energéticos o
estados estacionarios que son una característica del
sistema al que nos referimos. Estos niveles se manifiestan de
manera muy directa e invariable en los espectros que observamos
¿Qué quiere decir esto? : hasta tanto no se
conocía la existencia del electrón, esto era un
total misterio. Con la llegada del electrón y el ingenio
de Bohr se comenzó a tejer una teoría acerca del
modelo atómico que tenia cierta congruencia con los
fenómenos observados a partir de la espectroscopia.
así se plantearon algunos principios:

a) Los electrones que forman parte de un
átomo pueden existir solamente en ciertos estados
estacionarios de movimiento interno, estos estados forman un
conjunto discreto (no continuo), y cada estado viene
caracterizado por un determinado valor de la energía
total. Son como los peldaños en una escalera.

b) Cuando un átomo emite o absorbe
energía, este fenómeno se manifiesta por la
radiación o absorción de lo que llamamos un
fotón u onda electromagnética. Lo que está
ocurriendo es que los electrones del átomo saltan de un
estado estacionario a otro, pasan de un escalón a otro. Si
este salto es desde un nivel superior de energía a un
nivel inferior, la diferencia de energía, es decir lo que
sobra se debe emitir. Esto es lo que ocurre, se emite una
partícula de energía llamada fotón que es
igual a la diferencia de energía entre los dos niveles.
Este fotón, estará dentro del espectro de
radiación electromagnética según sea su
frecuencia. La relación entre energía y frecuencia
está dada por la ecuación de Planck E = h.(, donde
h es una constante universal (la constante de Planck que ya
mencionamos) y ( es la frecuencia del fotón. Según
es el valor de (, la radiación será visible o
no.

La realidad es que los estados de energía
superiores no son totalmente estacionarios ya que de estos los
electrones caerían espontáneamente hacia los de
menor energía permitida, emitiendo así fotones.
Para llegar a estos estados superiores se debe entregar
energía al sistema (átomo, núcleo o
molécula) mediante algún mecanismo por ejemplo el
calentamiento, descarga eléctrica, que luego
perderá en la emisión tal como se describió
antes.

Cada raya espectral que vemos
corresponderá entonces a una frecuencia determinada que
estará relacionada con los estados de energía
permitidos según la ecuación de Planck:

E(1)- E(0) = h.(, donde E(1) y E(0) son estados
de energía, y h = 6,63×10-34 joules.seg. La idea
extraña detrás de esta explicación
desarrollada por Bohr, es que al producirse el salto entre un
nivel de energía y otro – entre los escalones de la
escalera – los electrones no ocupan ningún nivel
intermedio, esto es lo que se denominó un salto
cuántico, es decir un electrón primero está
en un cierto lugar y luego desaparece y aparece en forma
instantánea en otro.

Si bien Bohr consideraba en su desarrollo a los
electrones como partículas y a la luz como onda, ya se
había aceptado el concepto de Einstein acerca de la
existencia de dos teorías de la luz (ondas y
partículas) las cuales no estaban conectadas en una forma
lógica. Aparece entonces otro científico de
renombre: Louis de Broglie, quien sugirió para los
electrones un tratamiento similar, es decir estos no son solo
partículas sino también ondas y que en realidad lo
que viaja está en órbita alrededor del
núcleo de un átomo no es una partícula sino
una onda estacionaria, como la de la cuerda de un violín
que está fija en sus dos extremos. Esta idea si bien rara,
permitía explicar mejor el denominado salto
cuántico de los electrones cuando transitaban desde un
nivel de energía a otro. Ahora el mismo se podía
explicar en términos de vibración de la onda, al
cambiar de una armónica a otra. Posteriormente otro
científico de renombre Erwin Schrödinger,
desarrolló una descripción matemática
completa de la conducta de los electrones en los átomos,
basado en la idea de onda. Otras descripciones matemáticas explicando las conductas de los
electrones fueron apareciendo de la mano de Heisenberg, Paul
Dirac todas ellas equivalentes pero con visiones diferentes
acerca del significado de un mismo mundo cuántico,
así fueron emergiendo las diferentes realidades
cuánticas. No importaba que ecuaciones se utilizaran,
todas describían los mismos fenómenos dando los
mismos resultados. De todas maneras, dado que los
científicos estaban mas familiarizados en el trabajo con
ecuaciones de ondas (mecánica ondulatoria), fueron las
desarrolladas por Schrödinger basadas en la función
de onda del electrón, las que se transformaron en
convencionales para desarrollar cálculos en lo que se
denominó la mecánica cuántica. Ya a fines de
1920 los físicos contaban con diferentes menús
matemáticos para describir el micromundo,
todos estos funcionando perfectamente bien con un alto grado de
precisión en todas las predicciones acerca de experimentos
reales que se realizaban; lo malo era que todos incluían
algunos de los conceptos que resultaban extraños para el
sentido común, tales como el salto cuántico, la
dualidad onda-partícula, o el principio de
incertidumbre.

Bohr fue el primero que desarrolló una
idea acerca de la realidad del mundo cuántico, denominada
la interpretación de Copenhague. Esta dice que
los electrones o cualquier entidad cuántica no existen en
tanto y en cuanto no sean observados, sino que lo que existe es
una nube de probabilidades que mide cual es la probabilidad
de que la entidad se encuentre en un determinado lugar en un
determinado momento. Cuando nos decidimos a observar a dicha
entidad cuántica (el electrón por ejemplo), se
produce lo que se denomina un "colapso" de la función de
onda, en el cual la entidad elige al azar una posición
donde ubicarse, esa es la posición que el observador
detectará. Una vez que cesa la observación, de nuevo la entidad se
disuelve en una nube probabilidades descripta por la
función de onda que se esparce desde el último
sitio en donde se realizó la observación.

Aquí es necesario volver sobre el
capítulo de las ondas. Max Born otro de los físicos
de la época conecto las ondas cuánticas con los
hechos reales en una forma innovadora. Las ondas
cuánticas, es decir aquellas que describen a las entidades
cuánticas como los electrones, siguen las mismas reglas
que cualquiera de las ondas físicas mencionadas, el agua
en la pileta, el sonido, las ondas electromagnéticas. Es
decir se pueden sumar, superponer, interferir. Habíamos
dicho que Las ondas se caracterizan por el medio que vibra para
producir las ondas que transmiten la energía; así
el agua en el caso de las ondas acuáticas, el aire para
las ondas sonoras, los campos eléctricos y
magnéticos para el caso de las ondas
electromagnéticas. En el caso de las ondas
cuánticas que son un tipo de onda especial, las mismas son
oscilaciones de probabilidades. Las ondas cuánticas, a
diferencia de las ondas comunes, no trasladan energía, por
eso se las denomina ondas vacías. La amplitud de la onda
cuántica elevada al cuadrado, lo que se conoce como la
intensidad en el movimiento ondulatorio, es una medida de
probabilidad. ¿Probabilidad de qué? De que una
entidad cuántica, el electrón por ejemplo, se
encuentre en una posición determinada. Recordemos que para
las ondas comunes la amplitud al cuadrado daba una medida de la
energía que transportaba la onda en cuestión.

Llegando ya al final de esta historia, es
importante mencionar que dos monstruos de la ciencia,
Einstein y Bohr mantenían posiciones opuestas; Bohr
defendiendo los fundamentos de la cuántica por medio de
explicaciones que no encajaban con el sentido común,
Einstein todo lo contrario diciendo que no podía aceptar
la ruptura implícita en todas las explicaciones de la
física cuántica. Para el todos los fenómenos
de la naturaleza, debían estar basados en lo que se
denominaba "realidad local". ¿cuál es el
significado de esta expresión?

Realidad significa que todas las entidades
cuánticas son reales incluso cuando no se las observa, y
no como se argumentaba que estas entidades cuánticas (el
electrón) solo existían como nubes de
probabilidades mientras no son observadas, para concretarse en
una partícula concreta al observarlas.

Local significa que nada puede transmitirse a una
velocidad superior a la de la luz, ni siquiera la
información dado que esta viajará en ondas
electromagnéticas a dicha velocidad.

Estos conceptos que contaban con la
aprobación de los científicos defensores del
sentido común, no eran aceptados por los cuánticos
(Bohr), quienes mantenían que en el mundo cuántico
no pueden darse ambos, o bien las entidades son reales y entonces
existe transmisión de información a una velocidad
superior a la de la luz, o bien si esto no es posible, entonces
las entidades cuánticas no son reales y solo existen en el
momento en que son observadas.

A pesar de lo extraño de estas ideas, en
un experimento llevado a cabo en París en 1982 por el
científico Alain Aspect, utilizando como entidades
cuánticas fotones, se demostró que las predicciones
de la física cuántica eran correctas: el mundo
cuántico no puede estar compuesto a la vez de entidades
reales y ser local (la luz como velocidad máxima de
transmisión). Esto significa que el micromundo no funciona
conforme a las reglas del sentido común determinadas por
nuestras experiencias cotidianas. Pero como dijo Feynman hace ya
mas de treinta años: "nadie entiende los fenómenos
cuánticos; pero no nos preocupemos por preguntarnos por
qué la naturaleza se comporta así, sino
maravillémonos admirando al conocer cómo la
naturaleza se comporta".

Tres realidades
que atentan contra el sentido común.

Habíamos mencionado que implícito
en el desarrollo de la física se encuentra la
búsqueda de la composición última de la
materia. Siempre que alguien intenta una búsqueda y sobre
todo en el mundo científico, existe una cierta
suposición de la respuesta a las preguntas, esto es
existen hipótesis, como también modelos
semejantes a los que el que investiga está familiarizado.
En la pregunta anterior acerca de los bloques básicos a
partir de los cuales está construida la materia,
existía la idea de que estos podrían asemejarse a
pequeños ladrillos. Pues bien una de las más
importantes lecciones propinadas por la física
cuántica es que justamente este no es el caso, es decir,
los ladrillos o bloques básicos no tienen las
características que nuestro sentido común nos dice
que deberíamos encontrar. Esto nos deja una
lección: la que nos dice que las respuestas a ciertas
preguntas que tienen que ver con el desarrollo de la
física cuántica, implican conceptos que no somos
capaces de visualizar directamente. Veamos para ello tres casos
ilustrativos que muestran realidades que atentan contra nuestro
sentido común:

• El spin de las partículas: Lo
  primero que se tiende a pensar sobre las partículas
  subatómicas como el electrón es que se asemejan
  a pequeños planetas
  que recorren órbitas en el espacio. Esta
  analogía es parcialmente correcta, los físicos
  consideran válido decir que las partículas
  rotan en torno de
  un eje tal como la tierra
  rota sobre su eje mientras gira alrededor del sol. A esta
  rotación similar a la de la tierra, alrededor de su
  eje, es a lo que se denomina el spin de la partícula.
  Sin embargo esta rotación sobre su eje o spin es
  peculiarmente distinta a la que tiene lugar en los casos
  macro como la tierra y los planetas. Cada partícula
  subatómica tiene una forma diferente de
  rotación o un spin propio, que para diferenciarse se
  les da un número al que se denomina el spin de dicha
  partícula. Así el spin de un fotón toma
  un valor igual a 1, mientras que el de un electrón es
  ½ mientras que otras partículas tienen un valor
  0 para su spin. ¿Cuál es el significado de
  estos números? De acuerdo al físico Paul
  Davies, cuando uno hace girar un globo terráqueo hasta
  dar una vuelta completa, lo debe hacer en un ángulo de
  360º. Bueno con el electrón no ocurre lo mismo,
  si se lo gira 360º, solo ha recorrido la mitad de su
  camino (por eso el spin=1/2), o sea para dar la vuelta
  completa debe girar 720º. Esto que contradice la
  comprensión que nuestro sentido común nos
  ofrece de los objetos y la realidad, según Davies
  sugiere, se debe a que tal vez en el nivel subatómico
  la realidad posea una dimensión adicional que para ser
  abarcada exige una rotación completa de 720º. Los
  efectos de esta dimensión adicional se hacen sentir
  solo en el plano de lo ultra pequeño, el micro mundo
  cuántico y por lo tanto, a diferencia del
  electrón, los seres humanos y los otros objetos de
  gran tamaño, han perdido la facultad de distinguir
  entre estos dos ángulos de rotación. Cualquiera
  sea la explicación, lo cierto es que esta extra-
  dimensionalidad del electrón tiene sus efectos en
  nuestro mundo. Así el campo magnético producido
  por un electrón al consumar el spin (recordemos que
  una carga cuya velocidad varía en el tiempo produce un
  campo magnético. La velocidad del electrón en
  su spin varía al ser un movimiento circular), tiene
  exactamente el doble del valor que se le podría
  calcular si fuera producido por la rotación de una
  esfera cargada eléctricamente con la misma carga de un
  electrón.

• El efecto túnel: Este se trata
  de la capacidad que tienen las partículas
  subatómicas como los electrones para pasar, en ciertas
  circunstancias, a través de barreras aparentemente
  impenetrables. Imaginemos que estamos en una pista de
  skateboard, esas que son abovedadas, donde los skaters se
  deslizan desde un lado hacia el otro alcanzando según
  sea la velocidad que llevan, la parte superior de la pista.
  Supongamos que colocamos dos de esas pistas unidas por la
  parte superior, de forma tal que se asemeja a dos U pegadas.
  Si nos colocamos en el fondo, debajo de todo de la pista, y
  hacemos rodar una bola pesada como una bala de
  cañón o una bocha de crocket hacia arriba,
  nuestro sentido común nos indica que debemos darle una
  determinada fuerza para que alcance la parte superior, y
  caiga rodando por la otra pista que está pegada, de lo
  contrario volverá siempre por el mismo camino que
  subió. Ahora imaginemos que estamos en este proceso y
  que cuando la bola llega a la mitad de la pista, desaparece y
  cae por la otra pista contigua. Esto que está en
  contra de nuestro sentido común es exactamente lo que
  ocurre en el mundo de las partículas
  subatómicas y que se denomina efecto túnel.
  ¿Cómo es que se logra, este experimento? En vez
  de la bala de cañón lo que tenemos es un
  electrón, y en vez de la doble pista, tenemos una
  barrera de energía que para el electrón es un
  obstáculo efectivo. Si la barrera de energía es
  lo suficientemente fuerte, un electrón disparado a
  ella se limitará a rebotar. Sin embargo, a diferencia
  de una bala de cañón, un electrón parece
  saber de antemano las limitaciones que supone el
  obstáculo al cual se acerca y antes de llegar a la
  misma desaparece para volver a materializarse del otro lado
  de la barrera, es como si se abriera un túnel en la
  barrera energética. Este efecto tiene consecuencias
  mensurables en el plano de la vida diaria, por ejemplo puede
  ser utilizado para amplificar ciertas señales
  electrónicas. También es causante de la
  radioactividad nuclear. Aquí, el núcleo
  actúa como barrera que aprisiona a las
  partículas en su interior, pero que estas logran
  superar mediante el efecto túnel produciendo
  así el fenómeno de la radioactividad nuclear.
  La denominada fusión nuclear que se produce en los
  núcleos de los átomos de hidrógeno
  generando la energía en el interior del sol es
  explicada a través del efecto túnel.

• El principio de incertidumbre y la
  dualidad onda-partícula en el experimento de las dos
  ranuras: Ya vimos como el spin de las partículas y
  el comportamiento denominado efecto túnel, disipan la
  noción de que las partículas subatómicas
  son objetos comunes en el sentido que los entendemos en
  nuestra vida diaria. Veremos aquí nuevas pruebas al
  respecto.

Las partículas subatómicas, poseen
una naturaleza similar a la de las ondas, lo cual significa que
no es posible a veces hablar de ellas como si existieran en
alguna localización única y precisa. Este hecho fue
expuesto por Heisenberg, uno de los fundadores de la
teoría cuántica, en su famoso principio de
incertidumbre. Este principio se ve mas claramente cuando se
refiere específicamente a la idea de la trayectoria, es
decir la combinación de la posición y la velocidad.
Heisenberg señaló que mediante un procedimiento
experimental se puede determinar la velocidad o el momento (en su
acepción física) de la partícula, y mediante
otro procedimiento, la posición; pero nunca
simultáneamente ambas mediciones. Como consecuencia de
este principio, podemos saber por ejemplo que en cierto instante
un electrón partió de una fuente, y podemos
también saber que muy poco después incide en una
placa fotográfica dejando una marca. Pero lo que nunca
podemos saber es como llegó desde la fuente a la placa,
por eso carece de sentido decir que la partícula
siguió una trayectoria o recorrido hecho de puntos
continuamente conectados entre sí en el espacio. El
principio de incertidumbre no significa que no podamos medir la
posición y la velocidad por no contar con instrumentos de
una precisión adecuada, es decir no significa una
incapacidad de medición externa; sino que es una cualidad
intrínseca del mundo subatómico. Un electrón
no tiene una posición y una velocidad definida y precisa
en el mismo momento. Si el electrón fuera consciente, no
podría conocer en cada instante y simultáneamente
donde está y hacia donde se dirige. Matemáticamente
esto se expresa como (x.(p>h/2(; lo que significa que el error
en la medición de la posición "x" multiplicado por
el error en la medición del momento "p" siempre
deberá ser mayor a una constante "h/2(", es decir que por
mas que minimicemos uno de los errores, es decir seamos
más precisos en dicha medición, necesariamente
aumentaremos el error en la otra medición para mantener el
valor del producto limitado a la inecuación anterior. El
hecho de que una partícula parezca poseer cierto grado de
incertidumbre acerca del lugar donde se encuentra es solo parte
del problema. La partícula parecería estar insegura
de qué es ella misma (una crisis de
identidad diría yo en el plano psicológico, salvo
que las partículas no tienen psicología ¿o
si?), porque en ciertas ocasiones presenta las
características de una partícula y en otras las
características de una onda. Cómo explica la
física cuántica esa aparente paradoja nos lleva a
un debate que ha
durado los últimos 300 años comenzando con Newton y
terminando en París con el experimento de Alain Aspect,
algo del mismo vimos en el punto anterior. Agreguemos ahora algo
más. En 1690 Huygens propuso que la luz se transmite en
ondas esféricas que se propagan a partir de una fuente
luminosa. Newton rechazó la teoría ondulatoria y en
1704 propuso que la luz estaba compuesta por partículas
diminutas. Un siglo después otro físico, Thomas
Young, inclinó la balanza a favor de Huygens probando que
la luz poseía ciertas propiedades que sólo era
posible asociar con una onda. Esto era así debido a que la
luz en un famoso experimento conocido como el experimento de las
dos ranuras, producía interferencia, y para los
físicos, cuando dos fenómenos interfieren entre
sí se dice que se propagan en el espacio como una onda.
¿Cómo fue esto?, Young colocó una
pequeña fuente luminosa que proyectaba su luz a
través de dos delgadas ranuras practicadas en un trozo de
material opaco. Esta luz luego de pasar por las ranuras, se
proyectaba en una pantalla. Young comprobó que en lugar de
haber dos franjas de luz en la pantalla, como debería
ocurrir si la luz fueran partículas que viajan en
línea recta, había una serie de franjas brillantes
y oscuras de diferentes intensidades. Su conclusión fue
que este era un patrón de interferencia que solo se
explica por el supuesto de que la luz que pasa por las ranuras
tiene características ondulatorias. Esta versión se
aceptó y duró otros cien años, hasta que
aparecieron dos fenómenos que no se podían explicar
con los conceptos de la física clásica, el primero
consistió en el problema de la radiación del cuerpo
negro, fenómeno estudiado por Planck, mientras que el
segundo era el llamado efecto fotoeléctrico,
fenómeno estudiado por Einstein, donde este propone
nuevamente el concepto de la luz como compuesta por
partículas. Mas delante otro físico, Louis de
Broglie planteó el enigma siguiente: si así como
las ondas podían comportarse como partículas (la
luz), ¿podría ser que las partículas (los
electrones) se comportaran como ondas?. Hizo un bosquejo
matemático de este fenómeno que más tarde
fue comprobado experimentalmente. Se comprobó entonces que
el universo estaba compuesto por entidades cuánticas que a
veces podían comportarse como ondas y a veces como
partículas. Esto era realmente asombroso al menos para los
físicos. Uno de ellos, Heisenberg, solía
preguntarse después de discutir largamente con Bohr:

"¿Puede la naturaleza ser tan
absurda como nos parece en estos experimentos
atómicos?".

Para resolver la aparente paradoja de la dualidad
onda / partícula del universo, algunos físicos
(nótese el ingenio y la audacia para proponer algo tirado
de los pelos) sugirieron que tal vez no deba pensarse que la
materia está formada por ondas de materia, sino más
exactamente, como ondas de probabilidad (ver el capítulo
de ondas). Esto de las ondas cuánticas como ondas de
probabilidad es realmente un concepto tortuoso y que el
entendimiento a mi entender sólo lo acepta por
acostumbramiento cuando ha escuchado y leído mucho al
respecto. Este concepto significa que lo que pasa a través
de las ranuras en el experimento de las dos ranuras es una onda
de probabilidades. La ecuación que describe como una onda
cuántica se mueve- la ecuación de Schrödinger-
no describe una onda material, sino que lo que realmente describe
matemáticamente es la probabilidad de encontrar el
fotón o el electrón (la entidad cuántica) en
un lugar definido. Sobre este cuadro pintado a partir de los
estudios del físico Max Born, cualquiera de estas
entidades cuánticas mientras no sean observadas,
literalmente no existen con la forma o identidad de una
partícula. Hay una cierta probabilidad de encontrarla
aquí u otra probabilidad de encontrarla mas allá, y
en principio podría estar en cualquier parte del universo,
por supuesto con diferente probabilidad de que esto así
ocurra. Algunas ubicaciones son mucho más probables que
otras de allí como veremos que cuando marcan la placa
fotográfica, existirán líneas de mayor
impacto, lo que indica mayor probabilidad y otras de menor
impacto o probabilidad. Esta característica permite
explicarnos el efecto túnel; una "partícula" parece
pasar a través de una barrera de potencial simplemente
porqué su función de onda le asigna una cierta
probabilidad de que exista del otro lado de dicha barrera, por
eso se da esa percepción de que la "partícula" se
desvanece desde el lado de la barrera donde fue lanzada y aparece
del otro lado de la barrera "como si" hubiera un túnel en
la misma.

Esto que llegó a ser una de las
interpretaciones más aceptables de la física
cuántica, trajo consigo consecuencias perturbadoras para
nuestra comprensión de la realidad.

Por ejemplo, en el experimento de la doble
ranura, las bandas de interferencia producidas por los fotones al
pasar por las ranuras revelan claramente la naturaleza
ondulatoria de la luz. Sin embargo, si la pantalla opaca contra
la cual se proyectan los haces de luz, es sustituida por una
placa fotográfica, cada fotón que incide en ella
deja sólo un punto donde hizo impacto, lo cual revela que
el fotón posee una índole que lo asemeja a una
partícula. ¿Qué pasaría si
pudiéramos dejar pasar de a un fotón por vez?. Bien
esto se logró y cada fotón dejaba una marca en la
placa fotográfica mostrando su identidad como
partículas, pero a medida que van pasando mas y mas
fotones las marcas de los
impactos en la placa fotográfica, dibujan el patrón
de interferencia de las ondas, es decir cada fotón que se
dirige hacia la doble ranura elige un camino diferente. Si de
repente se tapa una ranura, entonces el patrón de
interferencia deja de producirse. ¿Cómo sabe
éste o aquél fotón cuando la segunda ranura
está descubierta y cuando no? Si cada fotón pasa
por una sola ranura, ¿cómo conoce la
situación en que se encuentra la otra ranura y por lo
tanto el tipo de figura que debe construirse en la placa
fotográfica? La respuesta que da la física
cuántica es asombrosa, profunda y rara diría yo.
Dice que cada fotón, de alguna manera, pasa por ambas
ranuras al mismo tiempo y en consecuencia es portador de alguna
suerte de conocimiento
de la situación en que están ambas ranuras en el
momento en que incide en la placa fotográfica. Es decir
cuando el fotón está en tránsito no existe
como un único objeto. Durante esa fase parece capaz de
manifestarse como varias contrafiguras probabilísticas de
sí mismo y explora todos los senderos que se le abren
simultáneamente y que le están permitidos.
Sólo al llegar a la placa vuelve a su estado de
partícula solitaria. Este experimento resulta similar con
electrones y otras entidades cuánticas que tienen la
facultad de existir simultáneamente en varios estados
probables distintos. Esta es la razón por la cual los
físicos hablan de las fases ondulatorias de esas
partículas no como ondas materiales sino como ondas
cuánticas de probabilidad. Esta capacidad de las
partículas subatómicas para existir en mas de un
lugar al mismo tiempo plantea algunas cuestiones profundas. Una
involucra una controversia respecto del observador,
¿cuál es el rol que desempeña el observador
humano en todo esto? En virtud del principio de incertidumbre por
el cual no tiene sentido hablar de la trayectoria de una
partícula en el espacio, y la capacidad de la misma de
estar en mas de un sitio al mismo tiempo, parece carente de
sentido pensar que dicha partícula sea algo real si no
existe un observador humano. Antes de que el fotón del
experimento haya dejado su marca en la placa fotográfica
(cuando hacemos la observación), lo mas que podemos decir
de él, es que se asemeja a un fantasma y parece existir al
mismo tiempo en todos sus trayectos posibles. Otra pregunta es la
siguiente: si los bloques de construcción subatómicos de los
objetos materiales no poseen las características de los
objetos materiales, ¿qué grado de realidad tiene el
mundo en qué vivimos?, ¿Mediante qué
extraños procedimientos
permite la naturaleza que la aparente solidez del mundo se
desintegre en la fantasmal y esquizofrénica multiplicidad
de probabilidades que constituyen el mundo subatómico?

Este experimento de la doble ranura que
permitió deducir la doble identidad de determinadas
entidades cuánticas, no solo fue realizado con fotones,
sino también con electrones y más tarde con
átomos que hasta ahora siempre fueron reconocidos en su
acepción como partículas fundamentales a partir de
las cuales todo nuestro mundo real está construido. Ahora
bien si estas se comportan como ondas-partículas,
¿dónde se encuentra la línea divisoria entre
el mundo de la física cuántica y el mundo de la
física clásica?, ¿Dónde los objetos
pierden su condición de ondas para comportarse como
nuestro sentido común nos indica como
partículas?

Los problemas que
los clásicos no pudieron explicar:

Después de tener una idea acerca de esta
nueva física, intento explicar a continuación
cuáles fueron los fenómenos experimentales que eran
una incógnita desde un punto de vista teórico a
partir de los conceptos clásicos. A partir de las
explicaciones logradas para estos temas, se inicia lo que se
conoce como la vieja teoría cuántica. Pasaran mas
de 20 años hasta que se desarrolle una teoría
cuántica completa.

• La radiación del cuerpo negro:
  Un enigma que los clásicos no podían explicar
  fue el punto de partida para esta nueva física
  denominada cuántica, y el científico que
  intentó dar explicaciones fue Max Planck al inicio del
  siglo XX. Los físicos en esa época ya
  sabían que la energía calorífica de las
  substancias materiales era una manifestación del
  movimiento atómico interno, o sea que cuanto
  más rápido los átomos que componen el
  cuerpo material se estaban moviendo, el cuerpo en
  cuestión está mas caliente. La temperatura es
  la medida de la energía calorífica del cuerpo,
  indica la velocidad promedio de los átomos: más
  rápido significa más caliente.