La física cuántica

César Peña *

La física cuántica es una rama fundamental de la ciencia que estudia el comportamiento de la materia y la energía a escalas extremadamente pequeñas, como átomos, electrones y fotones por lo que su objeto de estudio pertenece al mundo microscópico y sus interrelaciones con fenómenos a gran escala.
Mientras que la física clásica describe el mundo macroscópico que podemos ver y tocar, la física cuántica revela un universo sorprendente, gobernado por leyes que desafían nuestra intuición y redefinen la naturaleza misma de la realidad.
A finales del siglo XIX, los físicos se enfrentaron a problemas que la física clásica no podía resolver. Uno de ellos era la radiación del cuerpo negro, que llevó a Max Planck en 1900 a introducir la idea de que la energía no se emite de forma continua, sino en paquetes discretos llamados cuantos.
Poco después, Albert Einstein aplicó esta idea para explicar el efecto fotoeléctrico, demostrando que la luz también está compuesta de partículas: los fotones lo que le ayudaría para explicar y elaborar la Teoría de la Relatividad.
Pero este fue el punto de partida para el desarrollo de la teoría cuántica como lo es la cuantización de la energía que señala que la energía en sistemas microscópicos no puede tomar cualquier valor, sino que está “cuantizada”. Por ejemplo, un electrón en un átomo solo puede ocupar ciertos niveles energéticos específicos.
La Dualidad onda-partícula sostiene que las partículas subatómicas pueden comportarse como partículas o como ondas, dependiendo del experimento. Un electrón puede interferir consigo mismo como una onda, pero también chocar como una partícula.
Igualmente, como parte de la Teoría Cuántica existe el Principio de incertidumbre de Heisenberg propuesto por Werner Heisenberg, que establece que no es posible conocer simultáneamente y con precisión absoluta dos propiedades complementarias, como la posición y el momento de una partícula. Cuanto más precisamente conocemos una, menos sabemos de la otra.
Superposición cuántica. Un sistema cuántico puede existir en varios estados al mismo tiempo hasta que se mide. Ejemplo clásico: el gato de Schrödinger, que está “vivo y muerto” simultáneamente en su caja sellada hasta que observamos su estado.
También considera el Entrelazamiento cuántico que apunta que dos partículas pueden quedar vinculadas de tal manera que el estado de una determine instantáneamente el estado de la otra, sin importar la distancia.
Einstein llamó a esto “acción fantasmal a distancia”, aunque hoy está ampliamente comprobado experimentalmente.
La física cuántica no es solo teoría abstracta; ha dado origen a tecnologías clave del mundo moderno la electrónica y computación, los transistores, circuitos integrados, rayos láser y la computación cuántica. Ésta última usa qubits, que pueden estar en estados de superposición. Tiene el potencial de resolver problemas imposibles para computadoras tradicionales.
Dentro de la criptografía cuántica permite crear sistemas de comunicación prácticamente inviolables mediante fotones entrelazados mientras que la resonancia magnética hace uso de técnicas médicas como la RMN dependen del comportamiento cuántico de los núcleos atómicos.

La física cuántica es una de las teorías científicas más exitosas y al mismo tiempo más desconcertantes. Ha revolucionado nuestra comprensión del universo y ha permitido avances tecnológicos que transforman nuestra vida cotidiana. A pesar de ello, aún queda mucho por descubrir: nuevas partículas, nuevas interacciones y quizá otras realidades.

• Escritor, periodista, economista y divulgador de la ciencia.