La física se conoce como una ciencia base y estudia el comportamiento de la materia y su movimiento en el espacio-tiempo. En la antigüedad se estudiaba el movimiento de los cuerpos y fueron pioneras las leyes gravitacionales. Pero esta no estudiaba a los átomos.
A raíz de esta inquietud, surgió la mecánica cuántica. Y a continuación te definiremos que es, sus fundamentos, su origen y la aplicación de esta rama de física.
¿Qué es la mecánica cuántica?
La mecánica cuántica es una de las ramas de la física que estudia la materia a escalas muy pequeñas: Nivel molecular, nivel atómico o un nivel mucho menor. De no ser por su desarrollo, no se hubiese creado la rama de la electrónica (no existiera ordenadores y móviles), ni los láseres, ni los nuevos materiales.
También se puede definir a la mecánica cuántica como la mecánica del micro mundo, esto es la mecánica de los componentes elementales de la materia y de la energía, de las llamadas partículas elementales, electrones, protones, etc.
También a la mecánica cuántica se le conocía originalmente como mecánica ondulatoria. La definen como una ciencia ortodoxa de cómo se veía habitualmente la física y el modo de entender su interacción, generan nuevas teorías acerca del comportamiento del universo como sistema.
Esta rama surgió a mediados del siglo XX y fue un avance significativo en la rama de física. Su propósito era dar respuestas a incógnitas sobre la existencia del átomo o como era la estructura atómica que la física clásica o más propiamente a la mecánica clásica no podría explicar concretamente y está ya empezaba a perder credibilidad.
Origen de la mecánica cuántica
El origen de la mecánica cuántica se data de a mediados del siglo XX. Al principio de este siglo se tenía como base la física clásica y los fenómenos asociados al electromagnetismo. En conjuntó se estaba desarrollando la física estadística y la termodinámica.
Se dice que la mecánica cuántica inicio a partir del año 1859 el científico Gustav Kirchhoff e introdujo el nombre de “cuerpo negro” que son los tipos de cuerpo que absorbe toda la radiación que incide sobre él y la radiación que puede generar.
Posteriormente en el año 1879 Ludwig Boltzmann en colaboración con Joseph Stefan establece que un cuerpo negro puede emitir radiación térmica con una potencia proporcional a la cuarta potencia de su temperatura.
En el año 1900 Max Plank enuncio que la radiación de un cuerpo negro es explicable si la luz es emitida y absorbidas en paquetes discretos de energías denominados cuantos de luz o fotones.
Luego Albert Einstein en el año 1906 le dio un significado más amplio de la hipótesis de Plank en lo que hoy se conoce como “El efecto fotoeléctrico”. En el establece que algunos metales desprenden electrones al ser iluminados.
A raíz de estas investigaciones anteriores los científicos Dirac, Schrodinger, Heisenberg, Borh, entre otros científicos. Desarrolla el término de mecánica cuántica. Muchos de los elementos de la mecánica cuántica estas siendo estudiados en la actualidad.
Propiedades de la mecánica cuántica
Las propiedades de la mecánica cuántica se diferencia mucho de las propiedades de la física clásica, esta se refiere la naturaleza a nuestra escala. La mecánica cuántica se caracteriza principalmente por no ser determinista, sino probabilística. A continuación se detalla las propiedades en la cual se sustenta la física cuántica:
- Propiedad de la dualidad: Esta propiedad también se conoce como Dualidad Onda- Corpúsculo. Esta propiedad enuncia que todas las partículas presentan propiedades de onda y partícula. Si puede presentar estos escenarios:
- Como partícula se puede presentar interacciones muy localizadas.
- Como onda exhiben el fenómeno de interferencia.
En pocas palabras, las partículas pueden comportarse como a la vez como ondas (como por ejemplo las onda del agua) y a la vez como corpúsculos (un objeto sólido).
- Propiedad de Heidelberg: Se le puede denominar también como principio de incertidumbre de Heidelberg. Esta afirma que no se puede determinar simultáneamente y con precisión variables físicas como la posición, velocidad, el movimiento y el tiempo de una partícula.
Por ejemplo: Asegura que si utilizamos un fotón (una partícula de luz) para verla en un microscopio a un electrón, ambos chocaran y el momento del electrón alterara sus propiedades definitivamente y no tenemos manera de como conocerla con precisión.
Al observar una partícula, para medir su posición, se perturba su momento. Es una notoria diferencia del enfoque de la física clásica que era determinista a una probabilística.
- Mecánica probabilística: En el mundo microscópico no se puede definir como determinista. Si se tiene unas condiciones iniciales, pueden existir muchos estados posibles con su respectiva probabilidad. Al cuantificar esa probabilidad desaparece y solo ocurre una de esas.
- Efecto túnel: Este efecto ocurre cuando una partícula puede atravesar muros o paredes de energía. La mayoría de la electrónica tiene base en esta propiedad.
Ejemplo: En la física clásica, no sería posible este efecto ya que el electrón al chocar con la pared, rebotaría inmediatamente como si fuera una pelota.
Aplicación de la mecánica cuántica
Luego del origen y el desarrollo de la mecánica cuántica. Abrió la posibilidad de desarrollar tecnología, dos de las más importantes tecnologías desarrolladas son las siguientes:
Resonancia magnética
Es una técnica no invasiva que utiliza el fenómeno de la resonancia magnética nuclear para obtener información sobre el estado de la parte del cuerpo analizada.
Es utilizada principalmente en la medicina para observar alteraciones de los tejidos y permite dar diagnósticos de cáncer y otras patologías.
Los equipos de IMR son máquinas muy complejas que trabaja con gran precisión. Su principio de funcionamiento consta un imán capaz de generar un campo magnético constante y de gran intensidad. Este campo magnético se encarga de alinear los momentos magnéticos de los núcleos atómicos.
La intensidad del campo y el momento magnético de los núcleos determina la frecuencia de resonancia de los núcleos así como la proporción del mismo. Dándonos una imagen nítida.
Computación cuántica
Es una ciencia que está en desarrollo en la actualidad y lo que busca es optimizar las velocidades de nuestros ordenadores y ampliar el espectro de algoritmo que se puede emplear y que no podría hacerse en un computador normal.
Se estima que las tecnologías actuales están más cerca de ser integrada con la mecánica cuántica. Se requiere de muchos estudios de esta integración que daría un salto exponencial a nivel tecnológico.
