Bienvenidos al mundo cuántico

  • La Implacable Kitty Pryde

    El mundo del cómic está lleno de proezas inimaginables. Los superhéroes, tan de moda en el cine hoy en día, nos enseñan miles de formas distintas de violar las leyes de la física en pro de la defensa de la humanidad y de la justicia. Un desafío constante a las reglas de la lógica se despliega en cada aventura envolviéndonos en una realidad fantástica .De entre todos estos poderosos personajes existe una heroína con una habilidad muy curiosa. Se trata de Kitty Pryde (Shadowcat), mutante miembro de los X-Men capaz de atravesar la materia sólida alterando la vibración de sus átomos, en un proceso llamado fase que la hace inmune al daño físico (porque atravesar una pared imagino que tiene que doler). Es decir, que gracias a su poder podía pasar a través de sólidos muros de piedra, viajar bajo tierra o interferir en los sistemas eléctricos. La habilidad de Kitty la hace prácticamente invulnerable. Y es que el desconcertante mundo de la imaginación se pueden hacer cosas imposibles…

    Video tributo a Kitty Pryde


    ¿O no tan imposibles?

    La realidad nos dice que ninguna materia sólida puede atravesar a otra si no lleva la energía suficiente para hacerlo. Si, por ejemplo, estuviéramos jugando al baloncesto en una cancha separada por una pared de hormigón de la cancha de al lado, por mucho que nos faltara espacio para atrapar al balón parece inimaginable que pudiéramos atravesar la pared y llegar a la cancha vecina, ya que no somos Kitty Pryde… sin embargo, en el maravilloso universo de la física cuántica esto


    SI ES POSIBLE

    Imaginemos que tenemos un fotón o un electrón y lo disparamos contra una pared (que puede ser física o una barrera energética), pero careciendo de la suficiente energía para atravesarla. Según la mecánica cuántica, las ondas de probabilidad asociadas a la partícula pasan por encima de la pared por lo que, de vez en cuando, la partícula podrá abrirse paso a través de ella saltando de una parte a otra de su onda de probabilidad.

    Todo comienza con Heinsenberg y su Principio de Incertidumbre. Y es que no sólo demostró que es imposible determinar con precisión la posición y la velocidad de una partícula sino, también, la imposibilidad de precisar la cantidad de energía respecto al tiempo que la posee. Es decir, que la energía que tiene una partícula puede fluctuar en un periodo de tiempo suficientemente corto. Por medio de la fluctuación cuántica se produce un cambio en la cantidad de energía de una partícula violando momentáneamente el principio de conservación de ésta, ya que este principio niega que la energía pueda crearse o destruirse. 

    En la física clásica todos los sistemas evolucionan a estados de menor energía, pero en el mundo de  la mecánica cuántica se permite todo lo contrario, ya que una partícula la puede “tomar prestada”  siempre que la devuelva en un espacio de tiempo suficientemente rápido. Es decir, el principio de incertidumbre permite la aparición de pequeñas cantidades de energía a partir de la NADA, siempre que desaparezcan en un tiempo muy breve. Cuanto mayor sea la energía prestada, menor será el tiempo que se le permitirá poseerla. Este “préstamo” dota a las partículas microscópicas del poder de entrar y abrirse camino, como en un túnel, atravesando una zona para la que inicialmente no poseían la energía necesaria.

    El efecto túnel es un suceso aleatorio, por lo cual, lo máximo que puede hacer es predecir la probabilidad de que suceda en un intervalo u otro. Las matemáticas nos dicen que si esperamos el tiempo suficiente se puede penetrar cualquier barrera. Pero, este fenómeno no es sólo algo matemático, sus efectos pueden ser medidos en el laboratorio y se ha demostrado que es el “culpable” de la desintegración radiactiva. Porque aunque los núcleos de los átomos son estables debido a la fuerza nuclear fuerte existe una pequeña probabilidad de que protones y neutrones escapen mediante el efecto túnel a través de la gran barrera de energía de dicha fuerza nuclear. Es por ello que los núcleos de uranio se desintegran cuando no debían de hacerlo. De hecho, el Sol no brillaría sin el efecto túnel porque para que los núcleos de hidrógeno se acerquen lo suficiente para fusionarse deben atravesar la barrera creada por la repulsión electromagnética de sus protones.

    El fenómeno del efecto túnel se ha conseguido utilizar para determinadas aplicaciones como, por ejemplo, en la creación del microscopio de efecto túnel utilizado para objetos demasiado pequeños que no pueden ser visualizados mediante microscopios convencionales. Sin embargo, a medida que los objetos microscópicos se van haciendo más complejos, porque están compuestos por más y más partículas, el efecto túnel puede seguir produciéndose, pero es más improbable porque “todas y cada una” de esas partículas tendrían que tener la suerte de abrirse camino juntas. 

    Esquema funcionamiento microscopio efecto túnel

    Por lo que, desgraciadamente, para los que aspiran a convertirse en Kitty Pryde, o simplemente tengan miedo de despertarse algún día en la casa del vecino, las probabilidades de que los seres humanos pudieran atravesar una pared por medio del efecto túnel es infinitamente pequeña, aunque estuviéramos esperando el tiempo de vida del universo conocido.

    Referencias:

    – La física de los superhéroes. James Kakalios

    – El universo elegante. Brian Green

    – Hiperespacio: Una odisea científica a través de universos paralelos. Michio Kaku

  • El Vacío de la Nada

    ¿Te has preguntado alguna vez qué es la Nada?

    Imagina que tuvieras unos brazos gigantescos para poder arrancar el cielo, la tierra, el mar, los seres vivos, nuestro planeta, todos planetas, las estrellas, nuestra galaxia, todas las galaxias… para después, dejarlo caer todo a través de un agujero hacia ninguna parte, y hecho esto, desaparecer tú con el propio agujero, y así no existir absolutamente nada, ni siquiera una conciencia que pudiera dar fe de lo acontecido. O mejor aún, imagínate que jamás ha existido algo, ni siquiera el silencio o la oscuridad o la ausencia de algo… pensar en la posibilidad de la “existencia” de la “no existencia” de Nada, es un absurdo. Sin embargo, estamos aquí, así que, o existe la Nada y nosotros a la vez, o existió la Nada y ya no porque existimos nosotros, o nunca existió la Nada. 

    Un misterio, sí

    .

    Los filósofos de la antigua Grecia nunca creyeron en su existencia, no la consideraban como el «no-ser«, simplemente para ellos era algo impensable como realidad. Parménides decía “De la Nada nada proviene” pero ..

    ¿Es esto cierto? ¿Surgió nuestro universo de la Nada?

    Eso supondría aceptar que antes hubo un momento donde no existía y después sí, es decir como si hubiera sido… 

    ¿Creado? Pero, ¿creado por quien si no existía nada?

    Y peor aún, cuando surgió el universo, según la teoría del Big Bang, también lo hizo el tiempo, por lo cual 

    ¿Cómo situar un antes y un después del universo?

    Además, el universo se está expandiendo… pero, si el universo surgió de la Nada significa que no existe nada más que el universo, entonces …

    ¿Sobre qué se expande?

    Todas estas preguntas pertenecen al mundo de la metafísica y, desde los tiempos más remotos de la humanidad hasta nuestros días, nadie ha podido dar una respuesta clara al misterio de la Nada, sin embargo, mucho se ha especulado e investigado sobre el tema.

    Un poco de humor para llenar el vacío

    Pero, dejemos de ver la Nada como un ente monstruoso e inexplicable y centrémonos en el concepto del vacío como ese lugar pequeño y misterioso que separa las cosas impidiendo que estén pegadas una a otras, que hace posible las formas y los límites de todo cuanto existe.

    En el siglo XIX se pensaba que el espacio vacío estaba lleno por una sustancia denominada éter, como vimos en la entrada “Malditas Interferencias”, por eso las ondas podían desplazarse por el espacio. Pero, la Relatividad sustituyó el éter por el espacio vacío. Sin embargo, con la teoría del campo cuántico, la idea del vacío vuelve a cambiar. Fue el matemático Paul Dirac, artífice de esta teoría quien dijo que la nada no existía, incluso extrayendo toda la materia y energía del universo se descubriría que ese vacío está lleno de energía subatómica.

    En la física clásica, un campo es la zona de influencia de una fuerza como la gravedad o el electromagnetismo, pero en la mecánica cuántica los campos se forman mediante intercambio de energía. Todas las partículas elementales interactúan entre sí intercambiando energía a través de partículas “virtuales” llamadas así porque surgen de la Nada, se combinan entre ellas y se aniquilan inmediatamente produciendo fluctuaciones de energía. Pues bien, la energía de estos campos no es cero, aunque es muy pequeña, si se sumaran todos los intercambios de energía de todas las partículas del universo estaríamos ante una fuente de energía de proporciones incalculables. Superaría toda la energía de la materia por

    Richard Feynman dijo que la energía contenida en un metro cúbico de espacio podría hacer hervir todos los océanos del mundo. A esta energía se la conoce como Energía del Punto Cero. 


    Así pues, el vacío está… muy lleno

    Partícula-antipartícula aniquilación inmediata

    Si retornamos a la afirmación de Parménides sobre que de la Nada nada proviene parece ser que la física cuántica no está de acuerdo, pues se habla de la posibilidad de que el universo sea una fluctuación de la Nada. Como hemos visto, una fluctuación cuántica consiste en que puede surgir de forma espontánea una partícula y su antipartícula aniquilándose de inmediato, y así, aunque de la Nada no puede surgir materia, si podría hacerlo materia más antimateria porque el resultado sería cero.

    En el universo existen dos tipos de energía: la gravitatoria que es negativa y la materia-energía que es positiva. Esta última, a su vez, está formada por la materia-energía ordinaria que es la cotidiana y representa un 5%, la materia oscura que es un 25% y la energía del vacío que supone el 70%. Pues bien, la energía gravitatoria se corresponde con la suma de las tres, por lo que la energía total del universo es nada.

    En 1974 el físico Edward Tryon propuso que nada se consumió en la aparición del universo ya que su energía total es nula, como se pudo comprobar experimentalmente en el año 2003. Esto sería compatible con el Primer Principio de la Termodinámica de conservación de la masa-energía. Como la energía gravitatoria es negativa, se compensa la energía contenida en la materia-energía. Otros científicos han seguido una línea de pensamiento como el nobel Illya Prigogine.

    Al parecer no es necesario ser Dios para crear el universo, ni tampoco poseer una potencia infinita. Podría ser causa del azar o incluso una civilización que dominara el conocimiento completo de las leyes de la física podría llevar a cabo esta tarea. Lo que pasa es que nuestro universo es demasiado singular, demasiado ajustado hacia la generación de vida como para ser una simple cuestión de azar, pero ese es otro tema…

    Referencias:

    • El espíritu de la ciencia. David Lorimer
    • El experimento de la intención. Lynne McTaggart

  • El Fantasma de Einstein

    Bohr y Einstein

    Albert Einstein creía que la física estaba sometida a unas reglas predeterminadas y que el azar sólo existía en apariencia. Por eso, no se llevaba precisamente bien con las conclusiones adoptadas por la física cuántica, donde todo es probabilidad y donde las cosas no están determinadas mientras no sean observadas o medidas.

    Retaba a Bohr y a sus colegas con acertijos extraños con la única intención de atacar las ideas básicas de la mecánica cuántica, como «El principio de incertidumbre de Heisenberg».

    Sin embargo, al final era el propio Einstein el que salía derrotado. Incansable y fiel a la idea de que “Dios no juega a los dados” decidió seguir atacando, pero esta vez intentando demostrar que la física cuántica tenía que ser “no local”, es decir, que las partículas que se encuentran separadas en el espacio interactúan gracias a una acción a distancia sin que exista mecanismo alguno, como veremos más adelante. Para demostrarlo, elaboró en 1935 un experimento mental, junto con los físicos Podolsky y Rosen, llegando a ser conocido por sus iniciales: La Paradoja EPR.

    Dios jugando a los dados

    Einstein- Podolsky- Rosen

    Este experimento se basaba en el comportamiento de dos partículas que procedían de una fuente común, por ejemplo, imaginemos que un electrón (carga negativa) y un positrón (electrón con carga positiva) se encuentran y se aniquilan mutuamente lo que da como resultado un par de fotones. Esos fotones se dicen que están entrelazados, es decir, poseen un mismo estado cuántico difuso sin propiedades definidas, como si fueran una misma partícula.

    Dos partículas entrelazadas dirigiéndose en direcciones opuestas hacia lugares muy lejanos

    Pues bien, estas partículas entrelazadas salen disparadas en direcciones opuestas, a un distancia que podría ser muy, muy lejana, y entonces, si se intentara medir (observar) la característica de alguna de ellas, como por ejemplo, su orientación INSTANTÁNEAMENTE, la otra partícula adoptaría una orientación opuesta, porque las partículas entrelazadas se complementan, es decir, debía existir una comunicación instantánea desde la primera partícula a la segunda, informándole sobre el valor complementario que debía adoptar tras ser medida.
    Lo verdaderamente curioso al hablar de que algo sucede al instante, sobre todo entre dos partículas que podrían estar separadas por años luz de distancia, es que esa comunicación debía suceder a una velocidad superior a la de la misma luz, algo que violaba la teoría de la Relatividad de Einstein por lo que tendría que existir, lo que él consideraba burlonamente como una “acción fantasmal” a distancia, que haría que las cosas pudieran influirse las unas a las otras, aunque estuvieran muy separadas entre sí, mediante unas “conexiones ocultas” o lo que es lo mismo: que la realidad no era local.

    Velocidad luz

    Evidentemente, Einstein no estaba de acuerdo con esta idea porque su espíritu determinista le obligaba a creer que las características de las partículas eran fijas y, por lo tanto, no había ninguna información que transmitir de forma instantánea, lo que sucedía era que no podíamos conocerlas porque la teoría cuántica era incompleta, es decir, que existía “algo” que se le escapaba, que no contemplaba. Y así se quedaron las cosas entre ambos científicos, porque no existían los medios técnicos para realizar dicho experimento, hasta que en 1982, el físico francés Alain Aspect consigue  realizarlo mediante fotones, demostrando que la Paradoja EPR se cumplía. Años después se consigue realizar con electrones llegando a las mismas conclusiones.

    Einstein había sido derrotado, la acción fantasmal existía, la física cuántica vencía y el resultado fue que la realidad no sólo dependía de la observación (medición) para que pudiese adquirir características definidas, sino que además, las partículas entrelazadas compartían una misma existencia, formando un sistema inseparable y con capacidad para transmitirse, como una verdad instantánea, toda circunstancia que pudiera afectar a cualquiera de ellas, sin importar la distancia.

    Desde entonces se investiga la aplicación práctica del entrelazamiento cuántico. Se han hecho avances en el campo de la criptografía cuántica (algo que no gustará mucho a los espías), computación cuántica y como medio para desarrollar la teletransportación, es decir, mover objetos de un lado para otro de forma instantánea. Esta última es la aplicación más popular, sobre todo en el campo de la ciencia ficción. Tenemos como ejemplo la película “La mosca” basada en la novela de George Langelaan de 1957, donde un científico se transforma en mitad humano, mitad mosca al sufrir un accidente con su máquina  teletransportadora.


    Pero, donde es especialmente conocida, es en la serie de televisión “Star Trek” donde se narraban las aventuras de la nave espacial “Enterprise” que disponía de una sofisticada máquina capaz de teletransportar a los miembros de la tripulación a la superficie de los planetas cercanos.


    Sin embargo, la idea del teletransporte, tal y como se sueña en la ciencia ficción, no parece que pueda ser posible… 

    ¡ni así que pasen mil años de tecnología! por varias razones.

    En primer lugar, en el teletransporte no se envía materia de un lado a otro, sino que se copia el original y luego se transmite al lugar donde se quiere que llegue. Y aquí surgiría un grave problema porque, tal y como nos dejó claro Heisenberg con su “principio de incertidumbre”, no podríamos copiar las partículas de un cuerpo porque al observarlas las alteraríamos ¡así es la extraña realidad donde nos ha tocado existir!
    El entrelazamiento cuántico podría ayudar a solventar este problema, ya que se transmitiría, de forma indirecta, parte de la información sin cambiarla. Esta idea, es quizás un poco compleja de entender, por ello os dejo aquí un enlace muy ameno  y explicativo, por si queréis profundizar más en el tema:

    El Tamiz: Cuántica sin fórmulas- teletransporte cuántico


    Aún así, tendríamos otro problema más y esta vez de profundidad filosófica, pues una vez copiado el original, éste se destruye… es lo que yo llamaría un “pequeño inconveniente” a la hora de transportar personas, ¿no? Si consiguiéramos realizar una copia “exacta en todo” de nosotros mismos, al margen de tener que enviar una cantidad de información inimaginable, al destruirse el original… ¿Seguiríamos existiendo en una copia de nuestro cuerpo? ¿Moriríamos?  ¿Se podría teletransportar la conciencia?


    Lo que sí parece factible es utilizar el teletransporte cuántico para transmitir información de forma instantánea sin importar la distancia. En este sentido, ya se han hecho los primeros avances, como podemos ver en el siguiente enlace:

    Teletransportan un laser con un mensaje de sonido a un metro de distancia

    Logran que dos diamantes puedan comunicarse entre sí mediante entrelazamiento cuántico

    Referencias:
    – Discusiones entre Einstein y Bohr
    –Teletransporte Cuántico

  • ¿Alguien Ha Visto Un Lindo Gatito?

    Si la realidad nos ha sorprendido por sus “rarezas” a escala microscópica, esto no ha hecho más que empezar. En el siglo XX los físicos demuestran que tanto las partículas elementales como los átomos y las moléculas cumplían una extraña paradoja: la misteriosa cualidad de ser onda y partícula al mismo tiempo. Bien, parece que ahora tan sólo tenemos que asimilarlo y aceptarlo como parte de una realidad inesperada y extraña… pero, ¡no queda aquí la cosa!

    Volvamos al experimento de la doble rendija de Young. Como se comentó en el artículo “¡Malditas Interferencias!”, tanto fotones como electrones podían pasar por ambas rendijas a la vez y proyectaban su consabido patrón de interferencia al llegar a la última pantalla.

    Pues bien, para refinar más el experimento, los científicos decidieron poner un detector en cada rendija para saber qué sucedía en cada una de ellas… 

    ¿Y QUE SUCEDIÓ?

    Que cada partícula decidió entrar por una de las dos rendijas y no por ambas, es decir, no se comportaron como ondas, siguieron siendo partículas ¡como si supieran que las estaban observando! 

    y como consecuencia el patrón que se obtuvo en la última pantalla no fue el de interferencia de las ondas. ¿Qué patrón apareció entonces?

     Pues el que se hubiera obtenido si el experimento se hubiera realizado con canicas o cualquier elemento tangible: dos franjas de impacto paralelas.

    En este vídeo encontrarás una divertida y clara explicación

    ¿Q

    ¿QUE SIGNIFICA ESTO? UE SIGNIFICA ESTO?

    Significa que en el experimento se ha introducido la observación, pero… 

     ¿Qué es observar?

    Hasta que no son observados
     los objetos cuánticos
     ¿existen?

    En física clásica observar es medir las propiedades de un objeto. Por ejemplo, sabemos que una piedra tiene una propiedades que nos hacen reconocerla como piedra (tamaño, forma, peso, etc.) esas propiedades están ahí aunque no las estemos observando. Pero el mundo cuántico, ya hemos visto, que va por libre y en él las cosas no son así. Las propiedades de los objetos no se pueden definir antes de ser observados, lo único que existe es un conjunto de probabilidades, que se describen mediante la función de onda (Es un objeto matemático que nos informa de cuáles son los resultados posibles de una medida y sus probabilidades relativas, pero no nos dice qué resultado concreto se obtendrá si un observador trata efectivamente de medir el sistema o averiguar algo sobre él – Wikipedia) , por lo que se podría decir que antes de medir, los objetos cuánticos son una función matemática, una superposición borrosa de posibilidades. Si no lo observamos, éstos se comportan de forma determinista, es decir, según describe la Ecuación de Schrödinger (Ecuación de onda que predice analíticamente y con precisión, la probabilidad de eventos o resultados)

    ¡¡¡Ufff!!!

    Todo lo que puede describirse con la ecuación de Schrödinger está en un estado superposicional existiendo en todos los estados cuánticos posibles a la vez (posición, momento, energía). Pero durante el experimento de la doble rendija, al medirse la posición se obtiene un único resultado con una probabilidad del 100% y no se produce patrón de interferencia.


    ¿Y de qué depende dicho resultado? 

    De la Regla de Born, que establece que la probabilidad de encontrar un objeto cuántico en cualquier lugar es proporcional al cuadrado de la función de onda.

    Pero, ¿por qué produce el colapso de la onda de probabilidad? 

    Heinsenberg interpretó que la medición producía el colapso de la función de onda, desde un estado superposicional a un solo estado. Si tan solo se puede asignar una probabilidad a cada posibilidad lo que se está afirmando es que el resultado es una cuestión de azar, y es justamente eso lo que decía Einstein que no creía que hiciera «Dios» o «El Viejo» con el universo:  “jugar a los dados”.

    ¿Qué sucede “realmente” cuando se observa?

    Bien, los científicos dan varias explicaciones ¡la cosa no es para menos! su sentido de la realidad empieza a tambalearse y no todos están de acuerdo a la hora de interpretar lo que ven. Para resumir hay que decir que existen varias interpretaciones, una de ellas es la  de Copenhague que se debe a los científicos Niels Bohr y Werner Heisenberg, del Instituto de Física Teórica de Copenhague. Para dicha escuela, se produce una observación cuando un objeto microscópico interacciona con un objeto macroscópico. Por ejemplo, cuando una película fotográfica es golpeada por un fotón, ésta ha «observado» el fotón o cuando un contador Geiger produce un chasquido al entrar un electrón, entonces el contador ha “observado” al electrón.   Cuando se produce dicha observación la onda de probabilidad colapsa.

    Pero para el matemático John von Neumann el contador Geiger entraría también en estado de superposición junto con el electrón y si un segundo aparato entrara en contacto con el contador se uniría igualmente al estado de superposición y así sucesivamente, es lo que se denomina la cadena de von Neumann.

    ¿Cuándo pararía la cadena de crecer?

    Von Neumman demostró que ningún sistema físico que obedeciera las leyes de la física podría provocar el colapso de la función de onda, es necesario que exista un “observador” externo al sistema que escape al comportamiento de la mecánica cuántica y provoque que la realidad deje de estar en superposición. Este observador externo sólo puede ser la conciencia humana, pues ésta no es materia, así pues, el “observador” capaz de acabar con la superposición y materializar una realidad concreta solo puede ser un “observador” consciente.

    Aplicando la cadena de von Neumann al experimento de la doble rendija sería algo así:

    Aquí también podríamos preguntarnos ¿Qué es un observador consciente?

    Este es un tema bastante profundo que será tratado en otras entradas dedicadas al misterio de la consciencia. Por ahora, es intuitivo pensar que los seres humanos somos conscientes, pero ¿son conscientes los animales? ¿lo son los robots? 

    Solo como apunte, es preciso difundir la declaración sobre la consciencia de los animales  firmada en la Universidad de Cambrige, el 7 de julio de 2012 y realizada por 13 neurocientíficos de prestigiosas instituciones como Caltech, MIT, el Instituco Max Planck, en presencia de Stephen Hawking.

    «De la ausencia de neocórtex no parece concluirse que un organismo no experimente estados afectivos. Las evidencias convergentes indican que los animales no humanos tienen los sustratos neuroanatómicos, neuroquímicos, y neurofisiológicos de los estados de la conciencia junto con la capacidad de exhibir conductas intencionales…» 

    Low, Philip et al. (2012) The Cambridge Declaration on Consciousness 

    Así pues, podríamos suponer que los animales también podrían colapsar la onda de superposición y materializar la realidad. Aunque también podemos preguntarnos ¿es lo mismo tener consciencia que estar consciente? ¿Puede materializar la onda de probabilidad, mediante la observación, un individuo que no sepa interpretar la información que envía el detector?

    Afirma Schrödinger:

    «¿Sería el mundo de otro modo sin observadores conscientes, una obra representada ante asientos vacíos, sin existir para nadie, y por ende sin existir propiamente?«

    Un par de años después de que von Neumann nos mostrara la necesidad de la consciencia, Schrödinger creó la metáfora del gato para poner a prueba la cuestión de la superposición de estados sobre todo cuando se relacionan con estados macroscópicos, dando lugar a situaciones absurdas.

    LA PARADOJA DEL GATO

    El físico Edwin Schrödinger propuso, en 1935, un experimento mental conocido como “El gato de Schrödinger” (no perder de vista este gato porque está encerrado en más de una entrada) que consistía en meter dentro de una caja opaca a un pobre gato, un aparato con un 50% de posibilidades de emitir una partícula radioactiva y un contador Geiger dispuesto de tal forma que si registraba la emisión de dicha partícula activara un mecanismo donde un martillo rompería una botella de gas venenoso. La cuestión es que el gato tenía un 50% de posibilidades de vivir o morir. Bien, pues para averiguar el resultado del experimento era necesario abrir la caja y observar dentro pero, ¿Qué sucede mientras no se abre? 

    Para Einstein, el gato estaría en todo momento del experimento vivo o muerto, ya que consideraba que la información de lo que sucedía era incompleta. Al abrir la caja no sucede nada sorprendente, el estado del gato cambia porque lo hace la información que se tiene sobre él.

    Para la escuela de Copenhague, en cambio, el gato está vivo y muerto al mismo tiempo, se encuentra en un estado borroso y sólo se hace nítido al abrir la caja. Pero ¿Qué es medir en este experimento? ¿Abrir la caja? ¿Por qué se trata cuánticamente al gato y a la caja y no a la persona que mira dentro? ¿Qué pasaría si en lugar de un gato fuera una persona quien estuviera en la caja? o ¿Qué pasaría si una persona observa a otra abrir la caja?

    Sígueme a «Yo pienso, luego tú existes»

    Los siguientes videos son un episodio de la serie de televisión «Gritos en la noche» titulado «Si un árbol cae…» es una historia de miedo que plantea de forma curiosa el poder de la observación

    1ª PARTE

    2ª PARTE

                            

    Referencias:

    – El enigma cuántico. B Rosenblum y F. Kuttner

    – Más allá de la razón: ocho grandes problemas que revelan los límites de la ciencia. AK Dewdney 

    – Cómo llegamos a conocer el cosmos: Light & Matter. Helen Klus

    – Declaración de Cambrige sobre la consciencia

    – Algunos aspectos de la Mecánica Cuántica. M.R.Guerra

    – Cuántica sin fórmulas. El gato de Schrödinger

    – La física cuántica. Etienne Klein 

    – Misticismo cuántico. Wikipedia

    – Interpretaciones de la mecánica cuántica. Wikipedia

  • ¡Malditas Interferencias!

    Creemos que la realidad debe ser igual en todas partes, desde la partícula más pequeña hasta la más gigantesca estrella… pero ¿y si no fuera así?
    ¿y si entre las partículas se produjeran fenómenos que de suceder en nuestro mundo cotidiano podrían considerarse como mágicos?
    La primera aproximación de la ciencia al mundo de las partículas fue al intentar resolver el enigma del comportamiento de la luz.
    La luz está formada por partículas…
    Newton nos dejó en su legado experimental, allá por el siglo XVII, una explicación que con el tiempo no satisfaría suficiente; que la luz estaba formada por unos pequeños elementos tangibles denominados corpúsculos. Sin embargo, la luz se empeñaba en no estar de acuerdo con Newton…sí ésta estaba formada por pequeños corpúsculos ¿como es que cuando dos rayos luminosos se cruzaban no se observaba ninguna perturbación cuando estos cuerpecillos chocaban unos con otros?

    … no, por ondas…

    Para dar respuesta a este interrogante, un científico contemporáneo suyo llamado Christiaan Huygens planteó la posibilidad de que la luz se pudiera descomponer en ondas. Pero esta idea también planteaba duda ya que si estaba formada por ondas y éstas necesitan de un medio para propagarse, ¿que medio utilizaban aquellas que llegaban desde las estrellas atravesando el vacío? ¿existía el éter?
    Concepto medieval del cosmos. Las esferas más internas son las esferas terrestres, mientras que las externas están hechas de éter y contienen los cuerpos celestes.
    (De Fastfission – From Edward Grant, «Celestial Orbs in the Latin Middle Ages», Isis, Vol. 78, No. 2. (Jun., 1987), pp. 152-173. See also: F. A. C. Mantello and A. G. Rigg, «Medieval Latin: An Introduction and Bibliographical Guide», The Catholic University of America Press, p. 365 (on-line text here)., Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=317560)

    … si, si, por ondas, fijo

    En 1801, el físico Thomas Young, corroboró la teoría de Huygens mediante el famoso experimento denominado “de la doble rendija”.
    El experimento consistía en hacer pasar un rayo de luz por una serie de tres pantallas paralelas. La primera tenía en su mitad una rendija estrecha. La segunda dos rendijas paralelas y estrechas. La tercera era lisa y sin rendijas.
    Para comprender cómo Young demostró que la luz se comportaba como una onda primero hay que entender como se comportarían las ondas si pasaran a través de las tres pantallas mencionadas. Para ello imaginemos… ondas de agua.
    Al pasar por la primera pantalla éstas la atravesarían si problema y se propagarían hasta la siguiente pantalla. Pero en ésta, al haber dos rendijas unas ondas pasarían por una y otras por la otra. Una vez al otro lado, las ondas propagadas terminarían chocando entre sí. Donde un máximo de onda se encontrara con un mínimo se anularían mutuamente y donde dos máximos se encontraran se produciría un máximo de intensidad. Esto daría lugar a un dibujo sobre la tercera pantalla denominado “patrón de interferencia”. Young obtuvo en su experimento este patrón de interferencia cuando realizó el experimento con un rayo de luz.
    Al pasar por ambas rendijas se producen interferencias en las ondas
    Patrón de interferencia en la última pantalla

    … por partículas, seguro…

    A pesar de todo, aun se seguía sin comprender cómo se propagaban las ondas en el vacío, después de que científicos como Miechelson y Morley descubrieran que el éter no existía, ¡que contrariedad!
    Pero existía otra cuestión que preocupaba a la comunidad científica; el denominado efecto fotoeléctrico, es decir, cómo era posible que se produjera electricidad cuando la luz incidía sobre una placa de metal.
    En 1905, Albert Einstein expuso en un artículo que la luz interacciona con el metal porque ésta estaba formada por partículas (de nuevo) o paquetes de energía llamados cuantos (más tarde denominados fotones). Cuanto mayor era la frecuencia de la luz mayor la cantidad de electrones que eran expulsados del metal. En 1924, Einstein ganó el premio Nobel de física por su teoría del efecto fotoeléctrico. Más tarde fue demostraba mediante experimentos.

    …¿en qué quedamos entonces… ondas o partículas?

    Si como predijo Einstein, la luz estaba formada por unas partículas denominadas fotones, ¿como se había obtenido en el experimento de la doble rendija un patrón de interferencia igual al que producen las ondas?
    Se llegó a pensar que, tal vez, era porque al haber una gran cantidad de fotones en dicho experimento, chocaban unos con otros, igual que las moléculas del agua al desplazarse conjuntamente. Por lo que, para salir de dudas, los científicos decidieron repetirlo, pero debilitando la intensidad de la luz, llegando a disparar los fotones ¡UNO A UNO! Es decir, se disparó un fotón -que ya sabemos que es una partícula- sobre las dos rendijas… y… ¿qué pasó?…
    SE VOLVIÓ A REPRODUCIR EL PATRÓN DE INTERFERENCIA, ¿cómo?

    Cada fotón era lanzado como partícula, pero al llegar hasta las rendijas se comportaba como una onda y las atravesaba al mismo tiempo, después interfería consigo misma, como lo harían las ondas de agua tras pasar por ambas aberturas, para volver a transformarse en una partícula y finalmente impactar contra la última pantalla dejando un puntito, que en un principio podría parecer situado al azar si no fuera porque al ir impactando una tras otra se iba recreando el increíble patrón de interferencia. Era como si cada partícula al chocar contra la pantalla supiera donde situarse para formar parte de una imagen global que formaría con sus compañeras lanzadas anteriormente y con las que serían lanzadas a continuación, es decir, como si los acontecimientos pasados y futuros influyeran en cada partícula.
    “No sólo parece que cada partícula atraviesa ambos orificios a la vez e interfiere consigo misma, sino que de algún modo sabe dónde ubicarse en el motivo global para generar esta imagen, como si cada partícula fuera influida por eventos tanto pasados como futuros” 
    John Gribbin ( The Little Book of Science)
    El resultado final del experimento demostró que la luz se comporta como onda y como partícula al mismo tiempo.

    Pero… hemos visto pasar a un fotón por dos lugares al mismo tiempo…

    ¿Cómo puede suceder esto? ¿son paranormales los fotones?

    No solo los fotones. En 1924, De Broglie sospecha que las partículas que se encuentran en el átomo podían también comportarse como ondas, tres años después se consiguió experimentar con un haz de electrones observándose resultados similares a los de la doble rendija. Más recientemente el físico Antón Zeilinger consiguió repetir el experimento con moléculas de gran tamaño y hoy en día se está tratando realizar con virus y otros organismos más complejos:

    A la extraordinaria capacidad que poseen los elementos microscópicos de poder encontrarse en dos lugares al mismo tiempo la denomina los físicos superposición cuántica

    ¿Cuál es el tamaño límite para que un objeto se encuentre en superposición cuántica? 

    Aunque hay varias teorías al respecto parece ser que los científicos aún no se han puesto de acuerdo.
    Continuamente aparecen noticias sobre nuevos experimentos con elementos cada vez más grandes. Puedes echarle un vistazo a este artículo:
     

    ¿Que significa este descubrimiento?

    Que la realidad está formada por microscópicos elementos que se comportan de forma “paranormal” porque tan pronto son materia sólida, como las partículas, tan pronto son una simple perturbación como las ondas.
    Que la realidad está formada por elementos que pueden estar en varios lugares al mismo tiempo… ¿cómo? Pues situándose en todos los sitios a la vez, en una especie de nebulosa donde todo es posible.
    Que la realidad está formada por elementos que están influidos por acontecimientos del pasado y del futuro.

    Todo esto sucede a nuestro alrededor, pero al no poder verlo no somos conscientes, sin embargo, esta “mágica” realidad nos afecta constantemente de una forma que ni siquiera imaginamos… ¿y si pudiéramos influir en la realidad? Aunque sea de forma inconsciente e involuntaria, algunos científicos cuánticos ha teorizado con esta posibilidad.

    Si queréis saber cómo os recomiendo que leáis a continuación la entrada
    Referencia: 
    «El pequeño libro de la ciencia» John Gribbin

  • El Misterio Está en la Masa

    Como hemos visto, aunque pudiéramos eliminar todo cuanto existe en el espacio aún seguiría existiendo algo, pues el vacío está muy lleno, y una de las cosas que podríamos encontrar en el vacío es el famoso bosón de Higgs que cuando fue encontrado  la gente preguntaba ¿pero qué es eso del bosón? Algunos contestaban: es el que da la masa.
    ¿Pero qué es un bosón? ¿Qué es eso de que da la masa? ¿Por qué Higgs?
    Pero…vayamos por partes
     

    Si nos damos un paseo y cogemos una piedra del camino, tenemos claro que tiene masa, la podemos sentir en nuestras manos y pensamos de ella que es algo propio de su naturaleza tenerla, pues de lo contrario, no existiría. Pero la piedra, como todo cuanto nos rodea, está compuesta por millones y millones de átomos y dentro de cada uno de ellos existen una serie de partículas denominadas protones, neutrones y electrones. 
    Los protones y neutrones están constituidos por partículas aún más pequeñas que se denominan quarks. Los electrones son, de por sí, una partícula elemental. Todas las partículas elementales pueden dividirse en dos grupos: las de materia (fermiones) y las de fuerza (bosones), los quarks y los electrones pertenecen a la primera. Los bosones se encargan de transmitir la fuerza que se da entre las partículas. Cada fuerza fundamental tiene su partícula encargada de realizar esta labor, así la fuerza electromagnética tiene al bosón fotón para transmitirla, la fuerza nuclear fuerte al bosón gluón, la débil tiene a los bosones W y Z y aún queda por encontrar al  “gravitón” que sería el portador de la fuerza gravitatoria.
     
     
    Bien, hasta aquí ya tenemos localizado al bosón… pero ¿y el Higgs?
     
    El Modelo Estándar de física de partículas (teoría que combina la mecánica cuántica con la de la relatividad y establece ecuaciones que predicen la existencia de un gran número de partículas) no permitía que algunas de ellas tuvieran masa (los bosones W y Z), pero resultó que sí, que la tenían. Entonces, algunos científicos allá por los sesenta, se pusieron a investigar el tema y se preguntaron por qué unas partículas tenían mucha masa como los quarks, los electrones muy poca y los fotones no tenían ninguna.
     
    Peter Higgs
    Entonces aparece en escena Peter Higgs, junto con otros científicos como F. Englert y R. Brout  para ponerle un pequeño “parche” a la Teoría Estándar y que todo encajara como debiera, respetando la masa de esas díscolas partículas. Y es aquí cuando surge el “Campo de Higgs”. La forma más popular de explicar dicha hipótesis es mediante la siguiente analogía:
     Imaginemos un océano donde nada felizmente un pez que es un auténtico velocista, se desliza perfectamente por el agua y apenas ésta le pone resistencia, detrás de él nada agotado un submarinista, entrado en carnes, que avanza a duras penas sintiendo como el agua frena su ambición de alcanzar el pez. Pues bien, el océano vendría a ser el campo de Higgs, extendiéndose por todo el vacío, frenando a unas partículas más que a otras al avanzar por él, cuanto más le frena más masa tienen (como el submarinista-quark) cuanto menos interactúa con el medio, menos masa (como el pez-electrón). Al fotón no lo frena nadie, por lo que no tiene masa.
     
     
    Así pues, la masa no es una propiedad intrínseca de la partícula, sino el resultado de una interacción con el campo de Higgs.
     
     
     
    Pero ¿de qué está hecho el campo de Higgs?
    Pues de bosones de Higgs y aquí se cierra el círculo. Lo mismo que el agua está compuesta de partículas de H2O, el campo de Higgs está formado por los bosones encargados de transmitir la masa, como los bosones que vimos antes, de transmitir fuerza.
    Así que si alguna vez pensaste como Newton que la materia estaba formada por partículas sólidas con masa, pues va a resultar que era una ilusión, que no es más que una actividad de campos cuyas interacciones apenas se vislumbra.
     
    Pero ¿por qué el bosón de Higgs es tan importante?
     
    Peter Higgs recibiendo el premio Nobel
    Porque todo cuanto existe está constituido por átomos, si éstos no tuvieran masa no existiría la materia, por lo cual el universo sería un lugar muy distinto, no existiría la biología, ni la química, ni la piedra del camino, ni, por supuesto, nosotros. Así pues, no me extraña que todos estuvieran tan contentos cuando en julio de 2012 el CERN anunció haber detectado una partícula tipo bosón que parecía coincidir con la predicha por Peter Higgs en 1964. 
     
     La realidad volvía estar dentro de los cauces establecidos, menos mal.
    Pero el bosón de Higgs es un misterio de por sí. Se especula que podría ser una llave para una nueva física, porque hasta ahora todas las partículas descubiertas o son de materia o son de interacción, pero el Higgs… ¿Qué es el Higgs? Podría ser la manifestación de algo mayor, como un siguiente nivel que nos ayudaría a entender mejor los secretos del universo.
     
     
     
     
     
     
     
     
    Referencias:
    – El espejismo de la ciencia. Rupert Sheldrake
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